Transcript Recente relevante ontwikkelingen met betrekking tot de

R ~ t rel-*
e
met betrekking
tot de
on-linm
-g
TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELET
Afdeling der Civiele Techniek
Recente relevante ontwikkelingen
met betrekking
tot de drinkwatervoorziening
42ste Vakantiecursus in drinkwatervoorziening
11 en 12 januari 1990 te Delft
Reeds in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen voordrachten van de volgende cursussen:
1. Filtratie; 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en distributieleidingen; 3. Winning van
grondwater; 4. Waterzuivering; 5. HySënische aspecten van de drinkwatervoorziening;
6. Het transport en de distribuae van leidingwater; 7. Keuze, aantasting en beschermingvan materialen
voor koud-en warmwaterleidingen; 8,9 en 10. Enige wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniek I, I1 en 111; 11. Radio-activiteit; 12. Grondwater; 13. De Rijn; 14. Nieuwe ontwikkelingen
in de waterleidingtechniek op physisch, chemisch en biologisch gebied; 15. De watervoorziening en de
industrie; 16. Gebruik van moderne statistische methoden; 17. Kunstmatige infiltratie;
18. De biologie en de watervoorziening; 19. Snelfiltratie; 20. Physische technologie van de
waterzuivering; 21. Van goed naar beter water; 22. Het ontwerpen van watermiveringsinstaUaties;
23. Kwaliteitsbeheersing
- bii. de ooenbare árinkwatervoorzienine: 24. De Maas: 25. De o ~ e n b a r e
watervoorziening in de maatschappij van morgen; 26. watertransport door leidmgen; 27.- Regel- en
stuurtechniek in het waterleidinebedriif; 28. De winnina en aanvulling van grondwater en beïnvloeding
van de omgeving; 29. ieu uwe-zuiveringstechnieken; $0. ~istributikettenlenbinnenleidingen;
31. Drinkwater in breder verband; 32. De drinkwatervoorziening in ontwikkelingslanden;
33. Toxicoloeische asoecen van drinkwater: 34. Microbioloeie bii de waterbereidine: 35. Eurooees
milieubeleid n: de ge;olgen voor d e water~éidin~hedrijven;36. GsteembenaderinGn modellering in de
waterhuishouding; 37. Bedrijfsmatige aspecten van winning en zuivering; 38. Bedrijfsmatige aspecten
van transport en distributie; 39. Informatica, automatisering en computertoepassingen;
40. Radio-activiteit en de drinkwatervoorziening;
- 41. Effecten van MilieuverontreiniSngen op de
waterkringloop.
-
H. A. M. DE KRUIJF and J. HRUBEC:
Pollution stimulates development
In this article a short review is given of the fust
period of the history of modern drinking water
treatment. This 'golden age' was characterized
especially by the development of the fdtration and
disinfection processes.
In the second part of the article some recent and
fumre problems of the drinking water quality and
the treatment technology are discussed.
J. P. KRAMER and J. W. WOUTERS:
DynaSand filtration in drinking water
production
The research on DynaSand fdtration at the drinking
water production plant of Kralingen, Rotterdam has
resulted in the development of design rules with
respect to applications in drinking water
production.
The process, consisting of both fdtration and
sandwashing can be optimized.
In this way the DynaSand fdtration principle is
offering some specific advantages in the field of
drinking water production: a continuous filtration
process, no separate backwash equipments and
high suspended solids load.
R. P. BOULAN and A. N. VAN BREEMEN:
Sludge sampling for porewater analysis
In water treatment coagulation with iron salts is
often being applied to remove suspended solids
from water. This treatment results in the
production of sludge rich in poliutants originating
from the water to be coagulated. Disposal of the
sludge in sludge lagoons creates anoxic conditions.
Substances originally strongly adsorbed to the
solids can redissolve. Depending on the
permeability of the sludge and the surrounding soil
the danger of diffusion of the pollution exists.
Porewater analysis indicates the change of diffusion
of the pollutants involved.
At present pore water sampling is executed by
taking a sediment sample and subsequently by
separating soil and water fraction. The methods
used nowadays are labour intensive and sensitive
to disturbances. That's why a new sediment
sampler has been developed at the laboratory of
Sanitary Engineering of the Technica1University of
Delft. The aim is to develop a sampler taking
undisturbed samples that can easiiy be transported
and manipulated and from which the porewater can
easily be separated.
The principle of the apparatus is the 'in situ'
freezing of a sediment sample with liquid nitrogen.
Freezing and thawing of the samples causes a
change in structure of the sediment, making
possible an easy separation of the (pore)water from
the solid matrix.
J. VAN PUFFELEN:
Flotation: a topper in water treatment
Flotation has become more important in
The Netherlands and Belgium in the last ten years.
After a first full scale plant at Zevenbergen for
The \Vatercompany North-West Brabant in 1979
another six plants wil1 follow until mid 1990. In this
article a short description of these plants is given
inclusive capacities and aims of the flotation plants
in the different simations of raw water quality.
A fem theoretica1 backgrounds of the process can
bring more understanding, but in a given situation
research must always be performed with
pilotplants.
A summary of the results of different pilot
plantstudies in The Netherlands and Belgium
(Antwerpen) is presented in this article.
The conclusion is made that in nearly al1 cases
flotation is preferred above sedimentation due to a
better control of the process at low temperatures
with algae rich water and with high amounts of
organic substances in the raw mater.
TH. VAN DEN BOOMGAARD:
Membrane Technology for water supply
Membrane technology creates opportunities for
expansion of the capacity of water supply in
The Netherlands. Different membrane separation
techniques like reverse osmosis, nanofdtration,
microfiltration, pervaporation and liquid
membranes are discussed with respect to water
supply. Membranes can be used in controiiing
poliution as well as in saving the use of drinking
water. Nowadays the costs of membranes are such
that an economic production of drinking water is
feasible.
J. C. VAN D m :
Drinking water and waste water treatment:
separation or coöperation?
The exchange of knowledge and information
between water supply and waste water treatment
experts is minimally in the Netherlands. This is not
justified as both sectors use the same treatment
processes and can learn a lot from each other's
experiences. Simiiarities and differences are
elucidated of the applications of the following
5 processes in the fields of drinking water- and
waste water treaunent:
- aeratiodgas transfer;
- crystallization;
- rapid filtration;
- adsorption;
- biologica1N-removal
It is concluded that the$imilarities between
drinking water and waste water treatment are larger
than the differences and that both sectors have
much to gain by a joint approach of research,
process development and implementation of
treatment processes.
Application of the dynamic calculation and
simulation model nmasrni
This article examines a few possible applications
for the previously described calculation and
simulation model DWASIA~. Several illustrations in a
test nehvork are discussed, as well as some
calibration results in a transport nehvork and a
distribution nenvork and, lastly, an application in a
city development area.
The key factor in the calculations is the choice of
the input or the calculation increments in relation
to the various hierarchical levels.
I
J. COHEN:
Calibration results of dynamic network
modelling
This article examines some calibration results in a
transport nehvork Leiduin-Amsterdam and a
distribution network, lastly, an application in a city
development area.
The key factor in the calculation is the choice of the
input or the calculation increments in relation to
the various hierarchical levels.
E. A. KOREMAN and A. N. VAN BREEhIEN:
Accumulation of arsenic in the sludge of
many Dutch drinking water treatment
The accumulation of arsenic in the sludge of many
Dutch drinking water treatment plants exceeding
its limiting value stated in the Dutch Chemica1
\Vaste Act gives rise to problems associated with
storage, disposal and reuse. A suitabel method for
the removal of arsenic by which sludge is subjected
tot thermal treatment in the presence of sodium
carbonate has been developed at the Delft
University of Technology (Sanitary Engineering).
After the complete oxidation of the organic marter
at 400-500 'C amphoteric compounds, arsenic
included, are converted to their corresponding
sodium salts at 800-900 OC, which can be easily
leached out by extraction with water. The arsenate
ions in the leachate can be concentrated either by
the use of an anionic exchanger followed by
precipitation as calcium salt or directly precipitated
as calcium arsenate in so-called pellet reactors.
According to this treatment procedure arsenic can
be removed from water treatment sludges up to
95%. For many sludges, contaminated with arsenic,
application of the method leads to a residu suitabel
for proper diposal or reuse for instance as
coagulant or coagulant aid. A study has been set up
for mechanistic and kinetic aspects, process
optimalization and removal of other amphoterics
like phosphorus and chromium.
H. M. M. KOPPERS and S. G. J. HEIJMAN:
Water Treatment Plant Sludge: from
Landfilling to Benefrcial Application
The policy of the Dutch water supply companies is
to decrease sludge disposal to landfdls. The most
important alternative for landfilling is beneficia1
application of water treatment plant sludge. A very
promising beneficia1 use of iron and alum sludges
is recovery of the metal salt by acidification.
The recovered iron or alum salt can be used for
coagulation purposes in surface water treatment or
for phosphate removal in waste water treaunent
plants.
In order to create a greater demand for waterworks
sludges it is required to make use of proper sludge
handling processes and to establish maximum
levels of contaminants in metal salts for chemica1
dephosphatation of waste water.
Vervuiling stimuleert ontwikkeling
1. Inleiding
In dit artikel wordt in het kort aangegeven hoe in de loop der eeuwen de
problemen die ontstonden met de
drinkwaterkwaliteit, richting gaven aan de
technische vooruitgang.
In dit perspectief worden twee verschillende perioden behandeld.
1. De allereerste periode van de
moderne drinkwatervoorziening.
H. A. M. DE KRUiJF
RNM, Bilthoven
Dit is de periode van de enorme vooruitgang in drinkwaterbereidingstechniek.
Deze periode valt samen met die waarin
de natuurwetenschappen en techniek in
het algemeen grote vooruitgang werd
geboekt. De tijd van het onbegrensde
geloof dat de techniek alles kan oplossen.
2. De meest recente periode, die enkele
negatieve aspecten van de drinkwaterbereiding laat zien en die samenvalt met
de periode van een algemene scepsis over
de bijdragen van de techniek aan het
welzijn van de maatschappij.
Tenslotte worden enkele belangrijkste
huidige en toekomstige problemen van de
drinkwaterbereidingbelicht.
2. Probleemvelden van
drinkwaterkwaliteit
In tabel I staan de belangrijkste probleemvelden van de drinkwaterkwaliteit
opgesomd met hun betekenis, oorzaken
en oplossingen. De schematische tabel
moet voornamelijk gezien worden als een
illustratie van de complexiteit van de
problematiek van de drinkwaterkwaliteit.
3. Beginperiode van de moderne
drinkwaterbereiding
De beginperiode van de moderne drinkwaterbereiding kan als de gouden tijd
binnen dit vakgebied beschouwd worden.
Deze tijd heeft enorm bijgedragen tot de
verbetering van de volksgezondheid, een
stuk geschiedenis waarop men trots kan
zijn. Een nauwkeurig tijdstip voor de
aanvang van deze periode is niet aan te
wijzen. De periode valt samen met de
industriële revolutie. Eén van de belang-
TABEL I - Dririkwater kwalitei~robleme~~.
Aspect
Problemen
Oorzaak
Oplossingen
A.
&licrobiologische
verontreinigingen
Ziekten
epidemieën
Oorspronkelijk
onbekend
Later na Koch causaal
verband:
bacterien nog later
andere verwekkers
(onder andere virussen)
Namurlijke en kunstmatige
filtratie technisch
Chemische desinfectie
Meervoudige barrihres
(voorraadvorming, coagulatie,
fdtratie, diverse desinfectietechnieken)
Natuurlijke spoorelementen (Pb, As, F)
Gebruik en lozingen van
manmade organische
stoffen, bijvoorbeeld
oplosmiddelenbestrijdingsmiddelen
Drinkwaterbereidingstechnieken
(THM's, AOX)
Afgifte zware metalen
tijdens transport
(Pb, Cu)
Conditionering
Coagulatie
Ionenwisselingen
Beluchting
Adsorptie
Oxydatietechnieken
B.
Anorganische
Chronische toxiciteit
en organische
Mogelijke
microverontreinigingen carcinogene
mutagene en
teratogene effecten
Alternatieven voor chloor
(chloordioxyde, orzon, UV)
Conditionering
C.
Organoleptische
eigenschappen
Verslechtering kleur,
reuk en smaak
Natuurlijke organische
stoffen
Afval- en afvalwaterlozingen (fenolen,
fosfaat)
Namurlijke en kunstmatige
infiltratie
Langzame zandfiltratie
Coagulatie
Oxydatietechnieken (superchlorination chloordioxyde,
ozon)
Adsorptie op actieve kool
D.
Verbruikstechnische
problemen
(huishouden,
industrie)
Verkleuring
produkten
Ketelsteen
Corrosie
IJzer, mangaan
Ontijzering
Ontmanganing
Ontharding
Conditionering
Hardheid
Agressiviteit
ienvatting
i
t artikel wordt een koxt overzicht van de geschiedenis van de
--
eerste pergode van de moderne
drinkwate~bereidingst~chfíologie
gegeven. Hlerbij wordt met name
aandacht besteed aan de meest
succesvolle drinkwarerbereidingsproeessen voor de bestrijding van de
'waterborne' epidemiethate weten
fltratie en chemische desinfectie.
In het tweede deel wozdën de
geante, en toekromstige probbenen
van de drinkwaterkwaliteir en de
&hlwaterbereiding belicht.
rijkste kenmerken van die industriële
revolutie was de concentratie van de
bevolking rond de industriële centra wat
leidde tot een toenemende schaarste aan
niet-verontreinigde drinkwaterbronnen.
Dit verklaart waarom de grootste vooruitgang in de drinkwaterbereidingwerd
bereikt in de toen meest vooroplopende
landen, Engeland en Schotland.
In de beginperiode van de moderne
drinkwaterbereiding speelden de
filtratie- en desinfectietechniekende
belangrijke rol.
3.l. Filtratietechnieken
Als men behoefte heeft aan een nauwkeurige vaststelling van het aanvangsjaar
van de moderne filtratietechniekenkomen
hiervoor twee jaartallen in aanmerking:
- 1791, toen aan James Peacock een
octrooi voor een filter werd verleend
(afb. 1);
- 1829, toen James Simpson na drie jaar
experimenteren een langzaam zandfilter
met een oppervlakte van circa 0,4 hectare
in werking stelde.
Achteraf gezien is het verbazingwekkend
dat in deze tijd niet de gezondheidsaspecten, maar de organoleptische
eigenschappen en de troebelheid de
belangrijkste criteria voor drinkwaterkwaliteit waren. Langzame zandfiltratie
was erop gericht om parameters te
verbeteren. In diezelfde tijd, de eerste
helft van de vorige eeuw, wist men al dat
er een verband bestond tussen de
kwaliteit van drinkwater en het risico om
ziek te worden. Het duurde nog zo'n
vijftig jaar tot dat Koch de cholerabacterie
ontdekte en in het water aantoonde.
Daarmee werd een causaal verband
gelegd tussen het voorkomen van ziektes
en de kwaliteit van drinkwater en kon het
positieve effect van langzame zandfilters
begrepen worden.
Niettemin had de toepassing van snelfiltratie een groot preventief effect op het
voorkomen van door water verspreide
ParìA d st. Lr&, f. tk
s/ W j , j , j ,
ziekten zoals wordt gedemonstreerd in
A&d; /u bii rhwntìa s/ r MW M#M
afb. 2. Dit laat de relatie zien tussen het
/w tbr tiltratio~f Rhv aal & W&, voorkomen van tyfus voor de in bedrijfswbirb UWMM k # ptd p4k d
neming van SF en van chloring in
Vrikty.
Cincinnatti, Ohio en daarna.
Verder is het door toepassing van snelfiltratie mogelijk geworden een effectieve
vlokverwijdering na de coagulatie te
d to whom thefi prdntr ihdI came, ke.
bereiken. Met een combinatie van
N o r irrow rx, that in cornpIiance rith &t faid
coaalatie
en snelfiltratie werd het zelfs
"
provlfo, I the kid James Peacock do b a b y
mogelijk om een effectievere verwijdering
dcclrrc, thu the M w e of my liid invcntion fot
van pathogenen te bereiken dan met
filtration of n Q r a d other fluids, applicable to
langzame zandfiltratie.
hcadi of water, of rsrious magnitudes or cxtcntr,
for public fenice, rcfervoirs, or ciltcrns, for priZowel om economische als om zuiveringvate ure, d fot other purpofcs of filtration, Jird
technische redenen onderging het
in ashat manncr the krne ie to be pcrforrncd, is
SF-proces een aantal vergaande
acfcritxd u followa ; that is to fsy : n I y mcthod
modificaties. De bekendste hierbij zijn
for the filtntion of a.ater m d othcr fluids, ir by
meerlaagse-opwaartse- en continue
impclling the afcent of thc fluid througb the fil.
snelfiltratie. Eén van de recente
tc'ring mcdium, inRead of thc common mthod by
modificatie 'continue filtratie' zal in de
dcfcent..
*
*
*
*
*
C
*
lezing van Wouters worden toegelicht.
-1.
e.
S H I I ~ U ~/#k
V P
.)- rndd d,
JAYII P~ACOCS,Br*#p~,
b th
m
T0
'
Tlie filters wil1 be cleanfcd, by drrwing Out tlie
Iiead or body of water or fluid ; by which the
warer or fluid \vil1 dcfccnd in thc iiltcr, and carry
\\it!i it d l foul rnd cxtrrncoii%fubfirnccs. I i i
irnei's \c.hcrcof, kc.
:.
Afb.1 -Eerste Engelse octrooi voor
la~rgza~t~e
zatidfiltratie va111791 [Z].
Verder werd grote vooruitgang in de
filtratietechniek bereikt door ontwikkeling
van de snelfiltratie in de VS in de jaren
tachtig van de vorige eeuw. Snelfiltratie in
plaats van langzame filtratie betekende
een aanzienlijke kostenbesparing, hetgeen
een belangrijke voorwaarde was voor een
massale uitbreiding. Het gebruik van snelfiltratie ging wel enigszins ten koste van
de verwijdering van pathogenen.
3.2. Chemische desinfectie
Al leverden de filtratietechnieken een
enorme bijdrage aan ziektebestrijding,
zorgde de toepassing van chloor ervoor
dat grote epidemieën van zogenaamde
'waterborne' diseases in de westerse
wereld tot het verleden behoren.
Overigens is de historie van het gebruik
van continue chloring erg kort.
Alhoewel chloor in de vorm van chloorbleekloog al in het begin van de vorige
eeuw incidenteel werd gebruikt, werd pas
in 1902 in Middeikerke in België continue
chloring toegepast. Uitbreiding van het
chloringsproces vond vrij snel plaats.
De snelste uitbreiding was in de
Verenigde Staten. In 1910 waren hier
achttien chloorinstallaties in bedrijf, in
1915 driehonderdveertig en in 1940 vier-
duizendzeshonderd. Deze snelle uitbreiding werd mogelijk gemaakt door de
techniek, via de ontwikkeling van
betrouwbare chloordoseringsapparaten.
Met deze apparaten was men in staat een
gewenste concentratie op een constant
niveau te handhaven.
Ook in Nederland is de geschiedenis over
chloring kort. Pas in 1922 werd in
Maastricht voor het eerst een continue
proces toegepast. De latere geschiedenis
van de chloring getuigt van een grote
inventiviteit van de drinkwaterbereiders.
Men wist al vrij snel na het eerste gebruik
de overige positieve eigenschappen van
de chloring te benutten. Zo leerde men
bijvoorbeeld dat chloor kon worden
gebruikt voor de verwijdering van
ammonia en dat met superchlorination
reuk en smaak van het water verbeterd
konden worden. Anderzijds waren er in
de jaren dertig al de eerste waarschuwingssignalen over de negatieve
aspecten van chloring. Dit hield verband
met de ontdekking van het ontstaan van
chloorfenolen tijdens de chloring van door
fenolen verontreinigd rivierwater.
De negatieve kanten van de chloring
werden in volle omvang pas herkend na
de ontwikkeling van gevoelige analysetechnieken, enkele tientallen jaren later.
4. Recente periode
Chloring kan men zien als een link tussen
de succesvolle pioniersperiode van de
drinkwaterbereiding en ons kritische- en
sceptische tijdperk. De eerste ernstige
bedenkingen over de betrouwbaarheid
over de drinkwaterbereiding ten aanzien
van kwaliteit van het geproduceerde
water, dateren uit de jaren zestig.
De aanleiding hiertoe was de ontwikkeling
van meer gevoelige microbiologische
methodes voor de bepaling van virussen
rifb. 2 - Jrerloop over tyft<sgmalletreti tyJussterfte itr Ci11c:inat;, Okio, 1885-1 930 (logarit~~tiscli)
[3].
---
Fiitralion bagins
Nov. 1. lÇ07
Filtration beglns
Nov. 1.1007
mm
0 8
.
C"
l
I
year
en andere pathogenen. Door deze
methodes werden virussen in oppervlaktewater waaruit drinkwater bereid
wordt, aangetoond. Hoewel in de loop der
tijd virussen slechts zelden in drinkwater
geïsoleerd werden, blijft er twijfel bestaan.
Een belangrijke basis hiervoor is de
resistentie van enkele pathogenen tegen
desinfectiemiddelen. Eén van de
bekendste voorbeelden van resistente
organismen is Giardia Lamblia.
Deze veroorzaakt in de Verenigde Staten
de meeste 'waterborne' epidemieën.
De grootste historische betekenis bleek de
ontwikkeling en de toepassing te zijn van
gaschromatografische technieken voor het
detecteren van organische stoffen in water
op het eind van de jaren zestig.
Een eenvoudig chromatografisch plaatje
maakte ineens duidelijk dat zowel in de
bronnen als in het drinkwater zelf
honderden en duizenden individuele
organische stoffen aanwezig zijn.
Het vermoeden bestond dat bij die stoffen
ook een aantal gezondheidsbedreigende
stoffen aanwezig was. Van de meeste
verbindingen kon toen nauwelijks iets
zinnigs gezegd worden, noch wat voor
stoffen het precies waren, noch welk
gezondheidsrisico ze inhielden.
4.1. Vorming van gehalogeneerde stoffen
tijdens de chloring
De grootste klap kwam echter in 1974,
toen Rook de vorming van trihalomethanen tijdens de drinkwaterchloring
ontdekte.
Wat maakt deze ontdekking zo belangrijk?
1. Ineens kwam er een einde aan de
illusie dat de drinkwaterbereiding alleen
een positief effect op de kwaliteit van het
drinkwater kan hebben.
2. De omvang van de vorming van
gehalogeneerde stoffen.
Naast thrihalomethanen die in concentraties van tientallen microgrammen per
liter worden gevormd, ontstaan nog
andere, meestal nog niet geïdentificeerde
gehalogeneerde verbindingen. De totale
concentratie (gemeten als adsorbeerbaar
organische halogeen) kan enkele
honderden microgrammen per liter
bedragen. Deze gegevens tonen aan dat
tijdens de drinkwaterbereidingveel meer
potentieel schadelijke stoffen worden
gevormd dan dat er in de meest
verontreinigde bron aanwezig zijn.
De hele situatie is in de laatste drie tot
vier jaar nog ingewikkelder geworden
door de ontdekking van enkele stoffen in
concentraties van nanogrammen per liter,
zoals MX, die in deze concentraties
verantwoordelijk kunnen zijn voor een
groot deel van de gemeten mutageniteit.
TABEL I1 - Pathogenen die zich tzjdetls opslag en
[4].
distributie kzrntieti vertt~eerdere~z
Micro-organismen Gevolgen
Amoeben
Encephalitis, Vehikel voor
bacteriën
Acinetobacter
Ziekte bij mensen met
verlaagde resistentie
Aeromonaden
Verwonding infecties,
maagklachten
Flavobacteriën
Meningitis bij pasgeborenen
Legionellen
Griepachtige ziekten,
longontsteking
Mycobacteriën
Chronische ontstekingen
Pseudomonaden Infecties van huid- en slijmvlies
Yersinien
Enteritis
3. De hardnekkigheid van het probleem.
Men is er vijftien jaar na de publikatie van
Rook nog niet in geslaagd het probleem
volledig op te lossen.
4.2. Verontreinigingvan grondwater
Een andere illusie die ons in het recente
verleden werd ontnomen is die over de
kwaliteitsveiligheidvan grondwater. In het
begin van de jaren zeventig werd men in
vele landen geconfronteerd met onaangename neveneffecten van de intensieve
landbouwproduktie - nitraten in het
grondwater -. Het duurde bijna tien jaar
tot dat men zich de volledige omvang van
het probleem begon te realiseren. Kort na
de ontdekking van de vorming van
trihalomethanen werden in de beginjaren
tachtig in vele landen omvangrijke
verontreinigingen van het grondwater
door oplosmiddelen (tri- en tetrachloorethyleen) gevonden. Voor de drinkwaterbereiding betekenen deze ontdekkingen
evenzovele uitdagingen. In het gevalvan
de vluchtige oplosmiddelen in grondwater
resulteerde dit in een bevredigende
oplossing. Beluchting en actieve koolfiltratie bleken de vluchtige organische
oplosmiddelen effectief te verwijderen.
De vooruitgang in het onderzoek naar het
verwijderen van nitraat is, mede dankzij
de bijdragen van Nederlandse onderzoekers, hoopgevend. Verwijdering van
nitraat lijkt technisch binnen ons bereik.
Een evident voorbeeld van de wijze
waarop vervuiling inderdaad een
stimulans is geweest en nog is voor de
ontwikkeling van nieuwe technieken.
4.3. Bestrijdngsmiddelen
In het meest recente verleden, is duidelijk
geworden dat drinkwater dat bereid wordt
uit grondwater zowel als uit oppervlaktewater, ernstig bedreigd wordt door bestrijdingsmiddelen en hun metabolieten.
Het onderzoek naar de verwijdering van
bestrijdingsmiddelen en metabolieten is
pas gestart. Gezien de omvang van het
probleem kan geen snelle oplossing
verwacht worden. Eén van de belangrijkste conclusies die men over de
bestrijdingsmiddelenproblemenbij voorbaat kan trekken is dat een veilige drinkwaterkwaliteit alleen bereikt kan worden
met bijvoorbeeld een goede kwaliteit van
de bronnen en een voortdurend optimaal
functionerende drinkwaterbereiding met
goede kwaliteitscontrole.
4.4. Kwaliteitsverslechtering tijdens transport
en opslag van drinkwater
Een aparte groep drinkwaterkwaliteitsproblemen, die in nauw verband staat met
de bereiding is die van kwaliteitsverslechtering tijdens de distributie en
opslag, vooral door zware metalen
(koper en lood) en groei van gezondheidsbedreigende organismen.
Dankzij de conditioneringstechnieken is
men er in geslaagd de afgifte van zware
metalen tijdens het transport te beperken.
Een belangrijke bijdrage van Nederlands
onderzoek op dit gebied, de ontharding,
moet hier benadrukt worden.
Grotere onzekerheid bestaat er over de
aanwezigheid en de gezondheidsrelevantie
van potentieel schadelijke organismen in
de transportleidingen en bij opslag en in
binnenhuisinstallaties. In tabel Ii staat een
aantal van de organismen die daarbij een
rol zouden kunnen spelen vermeld.
Een belangrijk voorbeeld is natuurlijk
Legionella pneumophila. Volgens Botzenhart
und Hahn moet in Duitsland rekening
gehouden worden met zo'n 5.00010.000 Legionella-besmette patiënten per
jaar waarvan er dan zo'n 1.000-1.500 per
jaar zouden komen te overlijden.
Deze getallen die toch wel zorgwekkend
zijn, behoeven inderdaad nog een goede
bevestiging.
5. Problemen van vandaag en morgen
De belangrijkste drinkwaterkwaliteitsproblemen van vandaag en de nabije
toekomst staan in tabel 111. Wat betreft
voorspelling van de problemen voor de
verdere toekomst lijkt even terughoudendheid op zijn plaats. De ervaring
leert namelijk dat vrijwel alle belangrijke
milieu- en daaruit voortvloeiende drinkwaterproblemen als een donderslag bij
TABEL I11 - De huidige problettieir van de
dritlkwaterbereidit~g.
Alternatieve desinfectiemethodes voor chloor
Nitraatverwijdering uit grondwater
Verwijdering van bestrijdingsmiddelen
Verwijdering van blauwalgen-toxinen
Ontwikkeling en evaluatie van verwijderingstechnieken voor hoogpolaire organische stoffen
Zuiveringstechnische maatregelen voor het
voorkomen van de groei van micro-organismen bij
de opslagldistributie en in huishoudelijke
installaties
Calamiteitenopvang
Evaluatie van de gevolgen van verzuring (zware
metalen, Al)
heldere hemel tot uiting kwamen.
Zelden is men er in geslaagd de
problemen tijdig te signaleren, een
verschijnsel, dat vooral met het oog op de
beleidsvorming, een nadere bestudering
verdient.
Niettemin zijn er probleemgebieden
waarmee voor de drinkwatervoorziening
rekening gehouden moet worden, met
name:
1. Het op de markt brengen van nieuwe
stoffen al of niet in verband met de
alternatieven voor reeds gebruikte stoffen.
Men moet zich vooral zorgen maken
wanneer zulke middelen in grote hoeveelheden op de markt komen (overigens wel
volgens de regels), zoals bijvoorbeeld
wasverzachters en alternatieve
bestrijdingsmiddelen.
2. De vooruitgang van de analytische
technieken. Met enige simplificatie kan
men stellen dat het grootste deel van de
milieu- en drinkwaterkwaliteitsproblemen
door de analytici geïnitieerd is. Het is te
verwachten dat dit in de toekomst niet
anders zal zijn. Of men in staat zal zijn de
relevantie en de risico's van zulke
'ontdekkingen' te beoordelen zal ook
afhangen van de ontwikkeling en beschikbaarheid van benodigde toetsen.
Een probleem, dat al gesignaleerd is,
vormen de hoogpolaire organische
verbindingen. Deze stoffen kunnen met
de huidige analytische technieken meestal
nog niet in lage concentraties aangetoond
worden. Zo kunnen bijvoorbeeld hoog
oplosbare metabolieten van bestrijdingsmiddelen voor onaangename verrassingen
zorgen.
3. Een ingewikkeld probleemveld is - en
dat zal het waarschijnlijk nog lange tijd
blijven - de interactie tussen het milieu en
de drinkwatervoorziening:
- aan de ene kant de drinkwatervoorziening als het slachtoffer van de
milieuverontreiniging (de bekendste
problemen werden boven vermeld).
Hierbij krijgt de drinkwaterbereiding de
ongewenste rol om deze problemen steeds
weer op te vangen;
- aan de andere kant de drinkwatervoorziening als potentiële milieu- en
natuurbedreiging (onder andere zuiveringsslib- en spoelwaterlozingen, verdroging bij grondwaterwinning,
landschapsaantastingbij duinfiltratie,
enzovoort).
Een effectieve oplossing van de milieuproblemen kan slechts worden bereikt
met een overheidsbeleid gericht op
integraal milieubeheer. Het optimaal
inpassen van de spelregels bij dit integrale
beheer zal van de kant van de drinkwatervoorziening en vooral de drinkwaterbereiding nog veel inventiviteit vragen.
Zoals in het verleden de verantwoordelijke personen en instanties er steeds in
geslaagd zijn het motto 'Necessity is the
mother of invention' in de praktijk te
brengen leidend tot nieuwe technische
ontwikkelingen, zo verwachten wij ook dat
de nieuwe problemen soms via een meer
multidisciplinaire aanpak steeds tot een
oplossing zullen worden gebracht.
Literatuur
1. Leefland, K W. H. (1974). Oiis drirrkwater i11 de
stornl vati de tijd. VEWIN.
2. Baker, M. N. and Taras, M. J. (1981). i71e Quest
For Pure Water. Eds, 2e ed. AWWA.
3. Logsden, G. S. and Lippy, E. C. (1982). The rol
offiltration iti preventiizg waterbome disease.
JAWWA, 74: 649-655.
4. Botzenhart, K. und Hahn, K (1989).
Vertt~ehruizgvon Kraketzheitserreger>1 itn Wasseritzstalltzotissystenis.GWF Wasser-Abwasser,
130: 432-440.
5. Frimmel, F. H. (1989). Ziele iti der Wasserforsc/iutig. GWF Wasser-Abwasser, 130: 112.
6. Am. Acad. Environ Engs, (1989). 'Establtshittg
Researclr Priorities. JWl'CF, 61: 453-459.
Slibbemonstering voor poriewateranalyse
-. .P-
Inleiding, migratie van stoffen naar de
ondergrond
Bij de bereiding van drinkwater wordt
vaak aan het ruwe water een vlokrniddel
toegevoegd om de zwevende stoffen te
verwijderen. Als vlokrniddel wordt
meestal een ijzerzout gebruikt, dat
hydrolyseert onder de vorming van, vaak
vrij complexe, ijzerhydroxylverbindingen
die uitvlokken en bezinken. In het water
aanwezige verontreinigingen (met name
arseenverbindingen) kunnen adsorberen
of coprecipiteren en zo worden
geconcentreerd in het slib.
Bemonstering van poriewater geschiedt door een bodemmonster te steken en
hier het poriewater uit vrij te maken. De in gebruik zijnde methoden zijn
bewerkelijk en storingsgevoelig. Daarom is getracht een slibmonsternemer te
ontwikkelen die op eenvoudige wijze ongeroerde monsters steekt waarvan het
poriewater gemakkelijk van het slib te scheiden is. Het apparaat is speciaal
ontwikkeld voor het bemonsteren van ijle sedimenten en slibvelden.
Het principe van de ontwikkelde monsternemer berust op het in sim invriezen
van een cilinder bodemslib met behulp van vloeibare stikstof. Hierdoor worden
gemakkelijk te transporteren en te bewerken monsters verkregen. Het invriezen
veroorzaakt een structuurverandering van het slib, waardoor het poriewater na
ontdooien eenvoudiger ter beschikking komt.
-
In sommige gevaflen lopen hierdoor de
conmiraties in het slib zo hoag op dat de
in de Wet Chemisch Afval (PB&%]
gmdde nomen worden ovmchreden en
het slib moet worden a q a & als
chemiwh dvaL
In sexiimendagetlof op slibvelden kanI
wanneer de zuurstoft@evoermoeizam
verlmpr, al na korte tijd zuurstoBor>sb.eid
optreden. Er ontstast behoefte aan andere
iclektronanacceproren&n 02.
Elementen
ais ÇN,S , H , F e e n M n b e n d e r o l
van mmtof oveznema. Drijvende kracht
achter de redaaiexeacties is de afbraak
van organis.Eh~srof door, vaak vrij
speaeke, micro-~rg&a.
Ten g e v e van de optrdende redtidies
kunnen de v e z o m e i 8 i in
~ het rclib
m u t ~ t i aondergaan. Het i s mogelijk dat
hierdoor stoffen &e in eerste instantie
s ~ r aan
k het slib zijn geadsozheerd
vrijkomen en weer in oplu$sing gaan.
A f h a M j k aan de dooriat-e;adhcidvan h~
s& d o f d@bodem kunnen de verontrreinigingen zich verspreiden en een
gevaar gaan vormen voor de omgeving,
V e ~ ~ n t r e ~ s n dic:
g e ten
n gevalge van het
ontstaan van een reducerend milieu
worden gemobiliseerd zullen zich altijd
via het poriewarer verplaasm,
Vemntrehighg van de omgevuig m r d t
altijd voorafgegaan door o~ontre-g
vaa &t pariemrei.
Voa h& bepalen van het reduddvea'ti
in een tredhegr is niet &ca het meten
14e
s:g&&$:
-,-5;i===-=-.7--.-
eEiivatting
Bij de bereiding van drinkwater ontstaat
concentreren die van oorsprong in het
waren. Bij opslag van dit slib op slibve
reducerend milieu. Ten gevolge hiervan kunnen stoffen die in eerste instantie
1
wn de redsmhpotqnxiaatl van belang mm
ook de biepaling van de concentratie van
gereduewde verbindingen c.q. ionen in
de waterfase. 6g deze &$z& kan een
relatie worden gelegd tussen hef reductieniveau van ee;H slib of sediment en het
vmntreSnigina;sniveauvan het poriewarer. De a a m e l h g van het
poriewatex inrelatie tat de <fiepte
(de ledkijd] in het sediment kan een
duidelijke & n a M t hebben met
betrekking tot het bepalen van het gwaar
voor verspreiding vm verontreinigingen
&=t gevolg van verauderhgspr~c&senin
de bodem.
Bij onderzoek naar de kwalirdt van het
pariewater van v e r s a e n d e waterleidingbedrijven inNehhnd h &leken dat
met naname h@ge concentraties agseen,
DOG en animonium inhet poriewater
kunnen uvorden aangetroffen [I].
Bodembemons&&g
Voor hm volgen van verauderingsprocewea in de bodem is hei van
essentieel bdmg d a ongtxoerale monsters
worden gestoken. Meen dan h e n
veranderin@ in de mmenstelhg min het
pariewarer met de diepte in het sedbent
(stak gefelseer%aan de auderdom van
het sliw worden getraceerd. Het nemen
van ongerede bodemmonsters is
dubbelwandige vocuum
geisoleerde leiding
voorraadvat voor
vloeibaar stikstof
aanvoer vloeibaar
bevestigingsframe
voor slikstofvat e
monsternemer
aanvoer stikstofgas
stikstafgasfles
afvoer stikstof
mogelijk door gebruik te maken van
monsterstekers (dit in tegenstelling tot
bodemgrijpers en bodem-schrapers, .
waarmee sterk geroerde monsters worden
gestoken).
In principe bestaat een monstersteker uit
een dunwandige buis die door een
drijvende kracht of onder eigen gewicht in
de bodem wordt gedrukt. Om er zeker
van te zijn dat ongeroerde monsters
worden gestoken moet de apparatuur aan
een aantal voorwaarden voldoen [2].
- Tijdens het dalen moet de apparatuur
voorzien in een vrije waterdoorstroming.
- Om spanningen tijdens het indringen in
de bodem zoveel mogelijk te voorkomen
dient gebruik te worden gemaakt voor
buizen met een relatief geringe wanddikte.
De buizen moeten zijn voorzien van een
glad binnenoppervlak met aan de onderzijde een scherp snijvlak.
- Om gebruik in verschillende bodemtypen mogelijk te maken moet de
monsternemer kunnen worden voorzien
van gewichten of een drijfstang.
- Om te voorkomen dat materiaal
verloren gaat bij het binnenhalen van de
monsternemer moet deze zijn voorzien
van een (0nder)afsluiter. De ideale
afsluiter sluit in situ af zonder
verstoringen in bodemopbouw te
veroorzaken.
- De apparatuur dient eenvoudig te
bedienen te zijn.
- Voor het tegengaan van sterke
compactie is het wenselijk de monsternemer uit te rusten met een zuiger.
Bij de monsterbehandeling is grote voorzichtigheid geboden om te voorkomen dat
alsnog verstoring van de bodemopbouw
optreedt. Na de monstername moeten de
monsters naar een laboratorium worden
getransporteerd, gesegmenteerd en
moeten het poriewater en de slibfractie
worden gescheiden.
Poriewateranalyse
Voor het vrijmaken van het poriewater uit
de monsters zijn drie technieken in
gebruik:
- Centrifgeren is de eenvoudigste van de
drie methoden. Ze heeft echter ook de
meeste bezwaren. De drijvende kracht is
voor het vrijmaken van poriewater bij
centrifugeren gering, waardoor niet altijd
voldoende water kan worden verkregen.
De reproduceerbaarheid en de nauwkeurigheid van de methode zijn gering.
Centrifugeren is een bruikbare methode
wanneer een snelle monsterbehandeling is
gewenst en er geen hoge eisen worden
gesteld aan de nauwkeurigheid en
reproduceerbaarheid. Bij centrifugeren
A*
a 3
HO
-AciI
- CH,
Water
-
CH,
AS$CH3 + H -A*,-CH,
Trlmethylarsine Dlmethyluskie
OH
I+
HO - AIS - OH f
'=H3
I
F
.
CP3
I
-
As,+OH
HO -As3+OH f HO
AS+-CH,
11
Bacteda 11
Bactoria
11
Bacteria
11
O
O
O
O
Aramate
Arsmiie
Methylwsenic
Dknethylarsmlc
acld
acid
Sedlmmnt
Afb. 2 - Transformaties van arseen in natuurlijk milieu.
blijft het onttrokken water vaak troebel
door de aanwezigheid van fijn materiaal.
Door oxidatie en het verschuiven van
evenwichten (van opgeloste gassen)
kunnen chemische veranderingen in het
monster ontstaan.
- Filtratie is waarschijnlijk de meest
gebruikte techniek om poriewater van een
bodemmonster af te scheiden. Bij filtratie
wordt het poriewater onder hoge druk uit
het monster geperst. De kwaliteit van het
poriewater dat wordt onttrokken is ten
aanzien van het zwevend stofgehalte goed
gedefinieerd door de poriegrootte van het
filter. Door de filtratie uit te voeren in
stikstofmilieu kan het optreden van
oxidatie worden voorkomen.
Grote nadelen van filtratie zijn de
veranderingen in temperatuur en druk die
optreden tijdens transport naar het
laboratorium en de grote zorgvuldigheid
die tijdens dit transport geboden is.
Dit kan worden ondervangen door de
filtratie in situ uit te voeren.
- Bij dialyse is er geen sprake van
bodembemonstering, maar wordt er alleen
informatie verkregen over de samenstelíing van het poriewater in de bodem.
Informatie over de samenstelling van het
bodemmateriaal moet door aparte
bemonstering worden verkregen.
De dialyseapparatuur bestaat uit een
houder met kamers gevuld met gedestilleerd water. De dialysehouder wordt
in de bodem gebracht en daar zo lang
achtergelaten als nodig is om zich een
evenwicht in te laten stellen tussen het
poriewater in de bodem en het water in de
dialysehouder. De in het poriewater
opgeloste stoffen diffunderen door de
wand van de houder. Wanneer de vrij
lange tijd die nodig is om een evenwichtssituatie te bereiken geen bezwaar is, is
dialyse een uitstekende techniek voor het
bemonsteren van poriewater.
Bemonstering van poriewater geschiedt
door een bodemmonster te steken c.q.
dialyse-apparatuur te plaatsen en er met
behulp van de bovenstaande technieken
het poriewater uit vrij te maken.
De bemonstering op deze wijze is
bewerkelijk. In het laboratorium voor
Gezondheidstechniek is daarom gezocht
naar een methode om monsters op
zodanige wijze te steken dat de monsterbehandeling sterk wordt vereenvoudigd
en het poriewater relatief gemakkelijk ter
beschikking komt.
De slibmonstersteker
De ontwikkelde slibmonsternemer is een
modificatie van de bestaande monsterstekers. Het principe van het apparaat
berust op het in sim invriezen van een
cilinder bodemmateriaal gestoken met een
monstersteker [3].Zo worden gemakkelijk
te transporteren en te bewerken monsters
verkregen die ten gevolge van de vriesconditionering eenvoudig te ontwateren
zijn. Het apparaat is speciaal ontwikkeld
voor het bemonsteren van ijle sedimenten
en slibvelden ten behoeve van poriewateranalyse.
De monsternemer bestaat uit twee
concentrisch geplaatste buizen. Voor een
goede isolatie is in de tussenruimte
vacuüm gecreëerd. Op de binnenbuis (de
monsterbuis) is een koperen koelleiding
aangebracht waardoor vloeibare stikstof
kan worden. Op de binnenbuis is
tevens een koperlaag aangebracht waarin
verwarrningsdraden liggen. De gehele
monsterbuis is voorzien van een silatielaag, zie afb. 1.
Boven op de monsternemer is een raamwerk aangebracht waarin eventueel een
vat met vloeibare stikstof kan worden
geplaatst (het vat kan ook achterblijven op
het bemonsteringsvaartuig). Het vat wordt
met een dubbelwandige vacuüm
geïsoleerde flexibele slang gekoppeld aan
de koelleiding op de monsterbuis.
De vloeibare stikstof wordt door de koelleiding gepompt door het voorraadvat met
stikstofgas onder druk te zetten.
Bij de monstername laat men het apparaat
met (eventueel) daarop bevestigd het
stikstofvat aan een lier in het water
zakken. De monsternemer zakt onder
eigen gewicht in de bodem. Indien nodig
kan de monsternemer met gewichten
worden verzwaard. Wanneer de monsternemer voldoende ver in de bodem is
gezakt kan worden begonnen met
invriezen.
Het voorraadvat wordt onder druk gezet
en de vloeibare stikstof wordt door de
koelleiding gepompt. Het invriezen van
een monster vraagt ongeveer 12 liter
vloeibare stikstof en neemt circa
15 minuten in beslag. Na het invriezen van
de monsters wordt de monsternemer weer
opgetakeld. Het invriezen van de
monsters leidt tot een ideale afsluiting: de
monsters worden in de buis geklemd
zonder dat verstoring van de bodemopbouw plaatsvindt.
Wanneer de monsternemer is binnengehaald wordt door middel van
verwarmingsdraden de buitenkant van het
monster ontdooid, zodat dit uit de buis
glijdt. De monsters worden in een houder
geplaatst en, gekoeld met vloeibare
stikstof of koolzuur, naar het laboratorium
vervoerd.
Het in situ invriezen van de monsters
brengt een aantal voordelen met zich mee.
Door het invriezen zijn gemakkelijk te
transporteren en in segmenten te verdelen
monsters ontstaan voor de analyse.
Er bestaat door het invriezen geen gevaar
meer dat er tijdens het transport en voorbehandeling van de monsters alsnog
verstoring van de opbouw plaatsvindt.
Tenslotte verkeert het monster door het
invriezen in een zodanige toestand dat er
geen oxidatie zal optreden tijdens
transport en behandeling van de
monsters.
Het invriezen van de monsters veroor-
70
60
-
50
C
O
0
8
s
LO
VI
g
O
30
O
Y
s
.-a
20
10
AA -BGsignaal
signaal
o
tijd 2mm/s
Afb. 3 - Analyseresultaat AAS, 25 t ~ AsP
g + 25 ng momotnethylarseetzzuur+ 25 ng dimethylarseenzuur.
zaakt bovendien een structuurverandering
in het slib waardoor de ontwatering na
ontdooien sterk wordt verbeterd [4].
Door decantatie of vacuümfiltratie is doorgaans al het poriewater uit het monster
vrij te maken.
Aan de monsternemer kleven naast
onderdelen ook enkele nadelen. Door de
dubbelwandige uitvoering van het
apparaat is de 'wanddikte' vrij groot.
Er moet secuur te werk gegaan worden
om sterke compactie van het monster te
voorkomen. Enige compactie zal niet te
voorkomen zijn.
Bij de verwerking van de monsters moet
de invloed van het uitzetten van het ijs bij
het invriezen in aanmerking te worden
genomen. Hierdoor zal aan de boven- en
onderzijde van het monster materiaal uit
de buis worden gedrukt. Er ontstaat een
verticale schaalverandering waarvan de
grootte nog niet bekend is.
Het vriesdooi-effect veroorzaakt een
fysische structuurverandering van het
materiaal die gezien zijn karakter van
geringe invloed is op de analyseresultaten
van het poriewater.
Toepassing van de monsternemer
in de praktijk
De locatie waar de monsternemer is getest
betreft het bezinkbekken van een
oppervlaktewaterzuiveringsbedrijf.
In het proces wordt coagulatie met een
ijzerzout toegepast om zwevende stof
effectiever uit het water te verwijderen.
De belangstelling gaat hier uit naar het
gedrag van arseen in het bodemslib van
het bezinkbekken. Het in het water
aanwezige arsenaat adsorbeert of
coprecipiteert met het ijzerzout en wordt
aldus geconcentreerd in het slib.
Tijdens een langdurige opslag van arseenhoudend slib in een bezinkbekken is het
TABEL I - Atialyseresultaten.
Monster
diepte
[o21
pH
Redox mV
Tot.Fe
Tot.As
(4
mg/l
(5 min)
(15 min)
mg/l
Pg11
nr. l
5-0
0-10
10-20
20-30
30-40*
40-50
nr. 2
5-0
0-10
10-20
20-30*
30-50*
*Bovenstaande waterlaag te gering om te kunnen meten. As(m =tot.As - As(lI1).
As111
Pd1
0rg.A~
Pg11
de analyseresultaten is. Bovendien dient
de invloed van de verticale schaalverandering op de resultaten te worden
vastgesteld.
Literatuur
1. Wortel, N. C. en Koppers, H. M. M. (1989).
Uitlooggedrag van slib vati dritikwaterbedn~sen.
KIìVA, Nieuwegein.
2. Hikanson, L. en Jansson3M. (1983). Prirrciples of
Springer Verlag, Berlin.
Iake sedinre~itology.
3. Pachur, H. J. e.a. (1984). A f r e ~ i n gdevice for
satnplitrg the sediment-water interface of lakes.
Catena 11,65-70.
4. Koreman, E. A. en Breemen, A. N. (1988).
Toepassing van het vr~esdooiprocesbij de ontwatering
van coagulatieslib. Technische Universiteit Delft,
Delft.
5. Chailenger, F. e.a. (1945). Biologica1 Methylatiotr.
Chemica1 reviews 36,315-361.
6. Salomons, E. en Förstner, U. (1984). Metals i?i
the hydrocycle. Springer Verlag, Berlin.
tijd Zmm/s
Afb. 4 - AlralyseresultaatAAS, 10 1111 monster nr. 2, 0-10
mogelijk dat het arseen dat in eerste
instantie voornamelijk aanwezig is in de
vorm van arsenaat onder zuurstofloze
(reducerende) omstandigheden wordt
omgezet in arseniet enlof organische
arseenverbindingen (zie afb. 2), met name
in methylarseenverbindingen.
Door analyse van de gestoken monsters is
getracht te achterhalen of in de diepere
bodemlagen, waar reducerende
omstandigheden kunnen worden
verwacht, organische arseenverbindmgen
voorkomen. Er is een aantal monsters
gestoken in het bezinkbekken.
De monsters zijn, gekoeld in vloeibare
stikstof, vervoerd naar het laboratorium
voor Gezondheidstechniek en daar
gesegmenteerd. De segmenten zijn in
stikstofmilieu ontdooid en geanalyseerd
op 02-gehalte, pH, redoxpotentiaal en de
verschillende arseenverbindingen.
De resultaten staan weergegeven in de
tabel I.
Bij visuele analyse van de monsters is
duidelijk een roodbruine toplaag waar te
nemen boven een grijslzwarte onderlaag.
Dit duidt er op dat er tijdens de monstername in ieder geval geen sterke verstoring
van de bodemopbouw heeft plaatsgevonden.
De waarden van de redoxpotentiaal
verlopen sterk en zijn daarom telkens na
een arbitrair gekozen tijd afgelezen.
De in tabel I weergegeven resultaten van
het onderzoek kunnen derhalve niet als
absoluut worden gezien, doch hebben
slechts een indicatieve waarde. Uit de
gegevens blijkt duidelijk dat er een overgang optreedt van een zuurstofrijke
bovenlaag naar een zuurstofloze onderlaag: bij het ene monster op circa 20 cm
diepte en bij het andere monster op circa
10 cm diepte. Op deze diepte heerst een
lage zuurstofconcentratie, de redoxpotentiaal slaat om naar negatieve
waarden en de verhouding tussen de
concentratie neemt
As(m en de As
sterk toe.
Hoewel uit de analyseresultaten blijkt dat
de concentratie organisch arseen overal
beneden de detectielimiet ligt, is toch de
vorming van organische arseenverbindmgen aan te tonen. Dit blijkt uit de
afb. 3 en 4. Er is in afb. 4 een duidelijke
verhoging van het signaal waar te nemen
ter plaatse van de methylarseenpiek.
De verhoging is echter niet zodanig dat er
kwantitatieve conclusies aan verbonden
kunnen worden.
Conclusies
Tijdens de proefnemingen in het bezinkbekken is duidelijk gebleken dat de
ontwikkelde monsternemer perspectief
biedt voor een vereenvoudiging van de
bodembemonstering ten behoeve van
poriewateranalyse met name, waar het ijle
sedimenten betreft.
Voor toepassing in de praktijk zal met
name de hanteerbaarheid van het
apparaat moeten worden verbeterd.
Daarbij zal aandacht moeten worden
besteed aan het minimaliseren van de
wanddikte.
Er moet nader worden bekeken wat de
exacte invloed van het vriesdooiproces op
Flotatie: een topper in de waterzuivering
1. Inleiding
Flotatie is de techniek om vlokjes door
aanhechting van fijne luchtbelletjes te
laten opdrijven in water. De drijflaag kan
gemakkelijk van het water worden
gescheiden en apart als slib worden
afgevoerd. De vlokjes worden van tevoren
gevormd door dosering aan het te
behandelen oppervlaktewater van een
vlokrniddel en door een aparte vlokvormingsstap.
J. VAN PUFFELEN
NV Duinwaterbedrijf
Zuid-Holland
Dit gehele proces van doseren,
vlokvorming en vlokverwijdering speelt
als coagulatieproces vanouds een
dominante rol in de totale zuivering van
oppervlaktewater tot drinkwater.
Zwevende en colloïdale bestanddelen
moeten immers altijd uit oppervlaktewater
worden verwijderd en niet zelden speelt
de verwijdering van fosfaat en organische
stoffen ook een grote rol in de doelstelling
van het coagulatieproces. Wereldwijd
gezien is de klassieke en meest gangbare
wijze van vlokverwijdering nog steeds
bezinking, maar in een aantal landen,
waaronder Nederland, is flotatie in
opkomst. Andere landen waar deze
techniek opgang maakt, zijn GrootBrittannië, Finland, Zweden en België en
in mindere mate Frankrijk en WestDuitsland. Voor deze wijziging zijn
redenen aan te geven, die liggen op het
gebied van de eigenschappen van de
vlokjes, die zwaarder of lichter kunnen
zijn en daardoor beter bezinken of
opdrijven.
De essentie van de flotatie is de generatie
van zeer kleine luchtbelletjes en de
hechting ervan aan de te verwijderen
vlokken. In principe zijn er verschillende
wijzen voor de belvorming zoals met
samengesperste lucht of door elektrolyse
en gasvorming. Bij de waterzuivering gaat
het alleen om de flotatie met opgeloste
lucht, met nog te onderscheiden vacuüm-,
micro- en overdrukflotatie. Alleen de
overdrukîlotatie komt voor toepassing in
aanmerking, omdat deze techniek een
goed regelbaar proces mogelijk maakt
doordat en de verzadigingsdruk en de
hoeveelheid te verzadigen water te
variëren valt. Op deze wijze is een
optimale vlokverwijdering mogelijk. Dit is
mede sterk afhankelijk van een goed
gekozen nozzle (spuitmond), waarvoor het
Samenvatting
Flotatie is de laatste tien jaren een topper geworden in de zuivering van
oppervlaktewater tot drinkwater.
Zoals bekend is flotatie een alternatieve techniek voor bezinking, waarbij de vaste
deeltjes na vlokvorming tot opdrijven worden gedwongen. Dit gebeurt door de
aanhechting van tientallen microscopisch kleine luchtbelletjes. In dit artikel wordt
een samenvatting gegeven van het onderzoek in Nederland en België
(Antwerpen) met proefinstallaties voor flotatie met verschillende kwaliteiten
oppervlaktewater.
Deze resultaten zijn dermate bevredigend, dat medio 1990 er 7 praktijkinstallaties
in bedrijf zuilen zijn, nadat de eerste installatie op het pompstation Zevenbergen
in 1979 al in bedrijf kwam.
De capaciteit van deze 7 installaties ligt tussen 5 en 35 miljoen m3 per jaar.
De gestelde waterkwaliteitsdoelen kunnen met flotatie worden bereikt, zelfs de
meest strenge betreffende een lage MFI-waarde.
Bezinking komt in principe niet meer in aanmerking tenzij er sprake is van relatief
hoge gehalten aan zwevende stoffen in stromende rivieren of kanalen.
De Nederlandse ervaringen lopen grotendeels parallel met die in
Groot-Brittannië, Zweden en Finland.
nodige onderzoek in Nederland is
verricht.
Tot 1974 was flotatie in de Nederlandse
drinkwaterwereld volstrekt onbekend.
In dat jaar bezocht een Nederlandse
delegatie een aantal Zweedse flotatieinrichtingen en werd een eerste proefinstallatie in gebruik genomen. Niet lang
daarna, namelijk in 1979, werd ook de
eerste bedrijfsinstallatie op het pompstation Zevenbergen van de NV Waterleidingmaatschappij Noord-West-Brabant
in bedrijf genomen. Daarna was het een
flink aantal jaren stil met uitzondering van
lopend onderzoek met een proefinstallatie
van de vroegere Duinwaterleiding van
's-Gravenhage, nu opgegaan in NV Duinwaterbedrijf Zuid-Holland (DZH). In de
jaren tachtig volgden ook andere
bedrijven met proefinstallaties.
De resultaten waren kennelijk zo succesvol, dat nu naast Noord-West-Brabant nog
6 bedrijven grote installaties in bedrijf
hebben of aan het bouwen zijn.
Bezinking als vlokverwijderingstechniek
lijkt geheel te worden verdrongen. Eén
bedrijf overweegt zelfs een bezinking met
behulp van lamellen om te bouwen tot
Afb. l - De liecl~tirtgvali eeri gasbelletie irz eert vloeistof
aan een vaste stof: Oppetvlaktesparitiingeribepalen de
coittacthoek 8 .
een flotatie-inrichting, namelijk Drinkwaterleiding Rotterdam op het zuiveringsen pompstation te Kralingen. Zonder
overdrijven kan worden gezegd, dat
flotatie als vlokverwijderingstechniek de
afgelopen jaren een topper is geworden
bij de zuivering van oppervlaktewater tot
drinkwater.
2. Enkele theoretische
achtergronden [2]
2.1. Belvorming
De theoretische achtergronden van flotatie
zijn tot nu toe weinig belicht en eigenlijk
nauwelijks ontwikkeld. Toch is het voor
een verdere ontwikkeling van het proces
vereist meer hierover te weten. Er zijn
drie stappen te onderscheiden, namelijk
de belvorming, de belhechting en het
opstijgen van het bel-vlok-complex. Bij de
belvorming is het van belang, dat bellen
van de gewenste grootte ontstaan,
namelijk met een middellijn van 20-80 pm
en in voldoende aantal. Belvorming vindt
plaats door groei van aanwezige 'kernen'
(gasophopingen) of door oppervlaktekernen, die plaatselijk onderdruk veroorzaken. De bel groeit alleen als ze een
zekere minimale grootte heeft, waarbij
onder andere de oppervlakte-spanning
maatgevend is.
Zoals bekend is de oppervlakte-spanning
de kracht die op moleculen in de grenslaag werkt, die het oppervlak van de
vloeistof tracht te verkleinen. De minimale
belgrootte voor groei is:
a
rmm.
. = rc =
P, Pg - PI
+
vaste stof (s)
a = oppervlakte spanning
P, = dampspanning in de bel
Pg= gasspanning in de bel
PI = spanning in vloeistof bij de bel.
De minimale belgrootte voor groei is te
verkleinen door de dampspanning en de
gasspanning te verhogen of de waterdruk
te verlagen en de oppervlaktespanning te
minimaliseren. Sommige watersoorten zijn
zo schoon, dat het zinvol is oppervlakactieve stoffen toe te voegen om de
oppervlaktespanning te verlagen en voldoende belvorming te verkrijgen.
De gevormde bellen zullen explosief
groeien ter plaatse van de uitstroming van
de nozzle en door implosie uiteenvallen in
tientallen kleine bellen. Om voldoende
lucht ter plaatse voor de bellen te hebben
is het nodig dat het gerecirculeerde water
onder verhoogde druk een hoge
verzadigingsgraad met lucht heeft (groter
dan 70%).
2.2. Bel-vlok-hechting
Dat er in het turbulente gebied bij de uitmonding van de nozzle een hechting kan
plaatsvinden tussen bel en vlok is nog
steeds een wonderlijke zaak. De praktrijk
wijst echter uit, dat het gebeurt. Zonder
deze hechting zou flotatie niet bestaan.
Bekend is, dat de hechting door Londonv. d. Waals-krachten plaatsvindt en niet
door elektrostatische krachten. Positieve
en negatieve vlokken floteren namelijk
even goed. De bel adsorbeert aan de
buitenkant van de vlok, waardoor een
drie-fasen-grensvlak ontstaat. De contacthoek bel-vlok bepaalt de sterkte van de
hechting. Hoe kleiner deze hoek hoe beter
(afb. 1). Voor het welslagen van de
hechting zijn de belgrootte en de sterkte
en grootte van de vlok bepalend. Aan de
ene kant moet het vlokje groot genoeg zijn
voor voldoende botsingskans en aan de
andere kant sterk en compact om intact te
blijven in het turbulente gebied en goed te
kunnen hechten aan de bellen. Aan elke
vlok hechten meerdere bellen, die bij het
opstijgen aan de bovenkant van de vlok
rifb. 2 - Bekerglasapparaat voor flotatie wan ket KIWA.
-
7.
zitten en deze omhoog sleuren. Voor het
berekenen van de stijgsnelheid wordt een
gemodificeerde wet van Stokes toegepast,
die een benadering geeft van de
werkelijkheid.
staat bij de waterleidingbedrijven.
Het grote voordeel van dit apparaat is, dat
in relatief korte tijd kan worden onderzocht wat de invloed van bijvoorbeeld
verschillende vlokmiddelen en de pH is
op het flotatieproces onder geïdealiseerde
omstandigheden. Zo kan een eerste
indruk voor een praktijksituatie worden
verkregen. In het algemeen wordt hiervan
naar mijn mening te weinig gebruik
gemaakt, ook bij bezinking.
3. Onderzoek naar flotatie
3.1. Algenzeen
Gezien de ontoereikendheid van de
theorie is het altijd nodig onderzoek te
doen of flotatie in een gegeven situatie
een geschikte techniek is. Voor het ontwerpen van een praktijkinstallatie is
optimaliseringsonderzoekmet een proefinstallatie nodig. In Zweden en Finland is
dergelijk onderzoek ondanks tientallen
bedrijfsinstallaties niet of nauwelijks uitgevoerd. De praktijkinstallaties blijken
daar veelal sterk overgedimensioneerd te
zijn.
Desondanks is men niet ontevreden over
de resultaten in vergelijking met
sedimentatie, hetgeen erop wijst dat
flotatie een robuuste en niet al te
gevoelige techniek is. Op het moment dat
flotatie in Nederland in beeld kwam, was
men in Engeland bij de WRC al enige
jaren met uitgebreid onderzoek bezig.
Dit onderzoek vertoont zeer veel overeenkomsten met dat in Nederland. Veel van
de Engelse resultaten zijn indertijd
gepresenteerd op een flotatie-congres in
juni 1976 in Felixstowe [5]. Dit heeft
mede een stimulans gegeven voor het
verdere onderzoek hier.
Onderzoek met proefinstallaties voor
flotatie is verder verricht door:
- NV WMZ op het pompstation
Braakman;
- NV Nutsbedrijf IJsselmij Enschede met
water uit het Twentekanaal;
- NV AWW op het pompstation Notmeir
in België en
- de Tussengemeentelijke Maatschappij
der Vlaanderen voor waterbedeling
(TMVW) te Gent.
3.2. Onderzoek op laboratoriumschaal
Nog steeds behoort de eerste stap bij een
onderzoek naar de geschiktheid van
flotatie voor een bepaald oppervlaktewater
een zogenaamde bekerglasproef te zijn.
Het KIWA heeft indertijd een dergelijk
apparaat voor flotatie ontwikkeld en een
bedieningsvoorschrift ervoor gemaakt
(afb. 2). Een aantal van deze apparaten
De twee Belgische bedrijven zijn hierbij
vermeld, omdat hiermee een regelmatige
uitwisseling van gegevens plaatsvindt
onder andere tijdens de drie tot nu toe
gehouden KIWA Workshops over flotatie
[l].Behalve de TMVW te Gent zijn alle
genoemde bedrijven na het beëindigen
van het onderzoek overgegaan tot de
bouw van een praktijkinstailatie.
3.3. Proefinstallaties
Het primaire doel van het werken met
proefinstallaties is het afleiden van
ontwerp-criteria voor praktijkinstallaties.
Daarnaast is het belang de nodige
ervaringen met het flotatieproces op te
doen. De capaciteit van proefinstallaties
ligt meestal tussen 20 en 50 m3/h. De NV
DZH heeft ruim 10 jaar onderzoek met
een proefinstallaties verricht. Dit onderzoek is nu beëindigd.
AB. 3 -Een voorbeeld wan de opbozrw vatz een proefistallatie woorflotatie.
I
A
Minder goede doorstroming van de flotatieruimte.
GemeentewaterleidingenAmsterdam
heeft nu als enige een proefinstallatie voor
flotatie ter vergelijking met bezinking en
vlokkingsfiltratievoor de behandeling van
water uit het Amsterdam-Rijnkanaal en
uit de Bethune-polder in bedrijf. Het doel
is vergaande fosfaatverwijdering.
De voorbereidingen voor de ombouw van
de lamellenbezinker naar flotatie bij de
DWL te Kralingen heeft het karakter van
een proef, maar is qua grootte, namelijk
1.440 m3 in drie eenheden, een praktijkinstallatie. Bij het onderzoek met proefinstallaties, die een opbouw hebben zoals
in afb. 3 als voorbeeld is gegeven, stonden
of staan de volgende onderwerpen op de
programma's.
l. De keuze van het vlokmiddel
De eerste keuze is tussen ijzer- of
aluminiumzouten en daarna tussen de
verschillende zouten. In een groeiend aantal situaties komt een voorkeur voor
aluminiumzouten naar voren. De verschillen met ijzerzouten, die mede
afhangen van de pH, zijn meestal niet
groot. Deze verschillen zijn bij lage watertemperaturen (onder 5 OC) het grootst
vooral bij gebruik van een voorgevlokt
aluminium hydroxychloride (bijvoorbeeld
Sachtoklar). Medio 1990 zal bij 4 van de
7 praktijkinstallaties, die dan in bedrijf
zijn, aluminium als vlokmiddel worden
gebruikt.
2. De keuze voor het @pe van menging
De meeste bedrijven hebben voor een
watervalmenging voor het vlokmiddel
gekozen vanwege de eenvoud en het
gemak van schoonhouden.
3. Variabelen bij de vlokvorming
De vlokvorming voor flotatie is in tegenstelling tot wat men eerder wel eens dacht,
zeker net zo belangrijk als bij bezinking.
In verband met de turbulentie bij de belvorming, de botsingseffciëntie, de
hechting bel-vlok en de stijgsnelheid is
B
Betere doorstroming van de flotatieruimte
een compacte stevige vlok nodig. De vloktijd, de toevoer van energie gemeten als
G-waarde en de dimensies van de vlokruimten zijn essentiële ontwerpcriteria.
Vooral bij lage watertemperaturen
tendeert de vloktijd naar maxima van
30 minuten.
De G-waarde moet ook in het laatste
compartiment niet te laag zijn en voor een
geringe verblijftijdsspreiding zijn lange
smalle vlokcompartimenten te prefereren.
Het gebruik van vlokhulpmiddelen vooral
bedoeld om bij lage watertemperaturen de
vlokken goed bezinkbaar te maken, is bij
flotatie van geen enkel nut. Alleen de
Antwerpse Waterwerken claimen het
nuttig gebruik van actief kiezelzuur als
vlokhulpmiddelbij het gebruik van een
relatief lage dosering van aluminiumsulfaat ter verwijdering van algen.
4. Variabelen b i de flotatie
Het aantal variabelen bij flotatie is groot.
De oppervlaktebelastingin m3/m2/h is in
mindere mate bepalend dan de flotatietijd,
die tussen 5 en 15 minuten ligt, onder
andere afhankelijk van de watertemperatuur.
De dimensies van de flotatieruimte zijn op
zich niet bijzonder kritisch. Vierkante
bakken, lange bakken en zelfs ronde
bakken komen in de praktijk voor.
Wel kritisch is de stromingsconditie in de
flotatiebak. Bij rondgaande stromingen en
dode hoeken wordt de efficiëntie verlaagd
en de kwaliteit van het flotaat nadelig
beïnvloed (afb. 4a en b). Dit hangt
eveneens ten nauwste samen met de
drijflaagvorming en de verblijftijd van
deze laag op het oppervlak van het water
in de flotatieruimte. Niet zelden wordt als
belangrijk voordeel van flotatie genoemd,
dat deze drijflaag bestaat uit reeds
ingedikt slib, waardoor een verdere slibverwerking wordt vereenvoudigd.
De drijflaag moet dan een dikte van
enkele centimeters verkrijgen en met
kettingschrapers en rollers worden
afgevoerd. De eerste praktijkinstaliatie van
I
Noord-West-Brabant te Zevenbergen is
met rollers uitgevoerd. Uit onderzoek met
de proefinstallaties van de NV DZH is
gebleken, dat een dergelijke drijflaag vaak
instabiel is en leidt tot bezinking van
ontluchte slibbolletjes, die de kwaliteit van
het flotaat op onregelmatige wijze ernstig
kunnen verslechteren, dat wil zeggen
ijzer- of aluminiumgehaltenboven l mg/l
kunnen veroorzaken.
Voor de praktijkinstallatie moet er worden
gekozen tussen het werken met dikkere
drijflagen met ingedikt en deels ontlucht
siib en kettingschrapers en rollers of met
zeer dunne drijflagen die met veel water
worden afgevoerd. Het gehalte aan droge
stof van het verkregen slib is dan of
0,s-2% of 0,l-0,2%.
In het laatste geval kan de kwaliteit van
het flotaat beter worden gegarandeerd.
In het eerste geval kan een slibindikkingsstap geheel of gedeeltelijk worden overgeslagen.
Het hart van het flotatieproces is het
onder druk met lucht verzadigen van een
deelstroom water (saturatie) en het terugbrengen van de deelstroom op normale
druk in de hoofdstroom. De wijze van
satureren is nauwelijks punt van onderzoek geweest
Venturi-beluchters en gepakt-bedgasuitwisselaars met mee- of tegenstroom
voldoen beide. Ze geven zonder
problemen water met verzadigingspercentages boven 90%.
Kritisch zijn wel de saturatie-druk en het
percentage recirculatiewater. Voor een
goede belvorming is een minimale
saturatiedruk van ongeveer 400 kPa nodig
en een recirculatiepercentage dat boven
de 5% moet liggen. In een gegeven
situatie moeten de juiste druk en het
optimale recirculatiepercentage proefondervindelijk worden vastgesteld, waarbij
het een gegeven is, dat er ongeveer 5-10 I
lucht per m3 te behandelen water nodig is.
Via de nozzle of spuitmond komt het
gerecirculeerde water onder druk weer
terug in de hoofdstroom. Bij deze
expansie treedt de belvorming op, die het
water een melkachtig aanzien geeft. Naar
de juiste nozzle is veel onderzoek verricht
door de NV DZH.
Een Engelse nozzle (WRC), een Zweedse
nozzle (AKA) en een eigen ontwerp zijn
vergeleken onder verschillende condities.
Dit heeft geleid tot een keuze voor de in
afb. 5 weergegeven nozzle. Deze nozzle is
in verschillende installaties opgenomen.
De nozzle is regelbaar door ze meer of
minder open t; zetten, waardoor de
capaciteit mede verandert.
5. Variabelen bij dejïltratie van hetflotaat
De flotatie wordt primair beoordeeld aan
het ijzer- of aluminiumgehalte van het
flotaat. In het algemeen moeten ijzergehalten van 0,4-1,O mg/l en aluminiumgehalten van 0,3-0,s mg/l goed haalbaar
zijn. Met deze gehalten heeft een snelfilter, dubbel-of enkellaags, geen
problemen bij een verwijdering tot aan de
onderste analysegrens en looptijden van
dagen. Wanneer strengere eisen worden
gesteld aan de kwaliteit van het filtraat
bijvoorbeeld zoals NV DZH doet met een
eis voor de membraan-filtratie-index
(MFI) van 5 3 s/l*, dan moet worden
overgegaan op fijner zand en hydroanthraciet tezamen met een relatief hoge
dosering van vlokmiddel en/of een lagere
pH.
6 . De kwaliteit van het opperulaktewater en
de watertemperatuur
Bij het doen van onderzoek met proefinstallaties is de kwaliteit van het oppervlaktewater en de watertemperatuur een
essentiële variabele, die niet gemakkelijk
te beïnvloeden valt. De waterkwaliteit is
het meest bepalend voor de keus van wel
of geen flotatie. In Engeland is deze factor
I
I
AJó. 5 - De stronrUrg vati het gerecirculeerde zuater otider druk i11de DZH-nozzle.
het meest systematisch onderzocht door
gedurende een aantal jaren op 5 locaties
met zeer verschillende oppervlaktewatersoorten, ongeveer gelijke proefinstallaties
te plaatsen voor 95 m3/h [6]. De verschillen in de waterkwaliteit hebben
betrekking op het zwevende-stofgehalte,
de hoeveelheid algen, de hardheid, het
organische-stofgehalte (humusachtige
stoffen) en de mate waarin variaties over
het jaar optreden. De conclusie van het
onderzoek was, dat flotatie op 4 van de
5 locaties betere resultaten opleverde dan
de aanwezige bezinkingsinstallatie.Alleen
bij zeer rijk met zwevende stof bedeeld
rivierwater voldeed flotatie wat minder
(zwevend-stofgehalte hoger dan
100 mg/l) .
Engelse ervaringen bevestigd door
ervaringen met de proefinstallatie van
DZH wezen uit, dat zeer snelle veranderingen in de ruwwaterkwaliteit de
procesbeheersing volledig kunnen
verstoren. De Engelsen adviseren een
bufferbassin voor te schakelen.
In Den Haag wordt hiervoor onderzoek
gedaan naar een betere sturing van de
vlokmiddeldosering en de pH door de
inzet van een zogenaamde 'streaming
current detector' (SCD). Deze meter is in
staat ladingsverschillen van vaste deeltjes
continu te meten, door een deelstroompje
water te leiden door een sensor, waarin
een zuiger heen en weer beweegt.
Via 2 elektrodes worden na versterking
elektrische stroompjes gemeten, die een
maat zijn voor de lading van de deeltjes
(zêta-potentiaal).
Deze meting wordt uitgevoerd met water
kort na de dosering van het vlokmiddel
bijvoorbeeld na het eerste vlokvormings-
iifb. 6 - Het verband trdsseir de grootte varr de alr~nrrrlirrmdosenirgerr de r~ietirigvan de
streartlrrg crrrre~rtdetector (SCD) voor zoater !rit de Afgedamde ~Ilaasria areifiltratie
te Bergar~ibaclrteir transport naar Sclrevet~iirgerr.
Afb. 7 - Het verband tusserr de AlfFI-zuaarde vair 1zetf;ltraat rta flotatie etr de
SW-inetitrg na de vloktrriddeldoseririg.
compartiment. Het idee is, dat het meetresultaat in relatie staat tot het eindresultaat van het flotatieproces, zodat een
sturing van de vlokmiddeldosering en de
pH mogelijk moet zijn en veranderingen
in de ruwwaterkwaliteit kunnen worden
gevolgd. Het nut van de SCD-meter is
nog niet bewezen, hoewel er in de
Verenigde Staten al ongeveer honderd als
monitor in gebruik zijn [ll]. In afb. 6 is te
zien, dat er op een bepaald moment een
verband is tussen de SCD-meting en de
grootte van de vlokmiddeldosering en in
afb. 7 tussen de SCD-meting en de MFIwaarde van het filtraat.
De vraag is dan of en hoe deze verbanden
veranderen bij veranderingen van de ruwwaterkwaliteit.
In de praktijkinstallatie te Scheveningen
zal dit worden onderzocht [l2 en 131.
Afl. 8 -Het roerwerk in
eet1 vlokvonriings-
~
~de
de W M Z het
~ ~
ponrpstation Braaktnan
ifl Zeeuws Vkm~deren.
~
:
~
-'
l
~
Lr
1
q-:!
aluminium als vlokmiddel. De grootste
van deze installaties produceert ongeveer
60.000 m3/dag.
7. De slibindikking
In Scandinavië komen sinds 1965 veel
zogenaamde flofdterinstallatiesvoor,
De slibindikking wordt bepaald door de
waarbij de flotatie wordt uitgevoerd boven
verblijftijd van de drijflaag op de opperhet filterbed van een snelfilter [7].
vlakte van de flotatiebak. Wanneer wordt
In Nederland is flofiltratie niet onderzocht,
gekozen voor een minimale verblijftijd
vooral vanwege de gedachte dat een
4. De praktijk
dan is het voordelig het dunne slib direct
combinatie van zuiveringsstappen in één
na afvoer in een aparte installatie door
4.1. Het buitenland
ruimte het proces minder stuurbaar en
middel van flotatie verder in te dikken.
Volgens een recente publiiatie [8] zijn er
beheersbaar maakt. In België is wel
in Finland 34 bedrijfsinstallaties om
EWR heeft hiervoor gekozen. Het aldus
onderzoek naar flofhatie uitgevoerd
oppervlaktewater te zuiveren tot drinkingedikte slib kan daarna verder worden
namelijk door de Nationale Maatschappij
water, die van flotatie gebruik maken.
gedroogd door onder andere
der Waterleidingen (NMDW) met water
Van deze installaties werken er 27 met
centrifugeren of filterpersen.
uit het riviertje de IJse in een proefinstallatie [14]. In Zweden zijn ook tientallen installaties met flotatie in bedrijf met
TABEL I - ûvewrcl~tvati de 7prakt1jkrnstallatiesi11 Nederlarrd ert België, dre trledio 1990 iri bedriifzirlleir zij>(.
Jaar in
capaciteit capaciteiten tot aan 16.000 m3/dag.
Bedrijf
Pompstation
bedrijf
Bron
Mm3/j
In Zweden is de flotatietechniek afkomstig
van de papierindustrie, waar in de jaren
Biesbosch
NV \Vaterleidimg hlij
dertig de vezelscheiding met flotatie
5
Zevenbergen
1979
bekkens
Noord-West Brabant
Belgisch polderwater
NV Watermaatschappij
plaatsvond [7].Zweden is ook het land,
11
Braakman
1987
en Biesbosch water
Zuid-\Vest Nederland
waar flotatie op grote schaal wordt
NV Nutsbedrijf
toegepast als derde trap bij de afvalwaterTwente kanaal
14
Enschede
IJsselmijEnschede
zuivering. De stad Malmö heeft onder
Rijnlands
NV Energie en
15
Boezemwater
Katwijk
Water Rijnland
andere uitvoerig flotatie en bezinking met
Afgedamde
NV Duinwaterbedrijf
elkaar vergeleken en uiteindelijk een
Maas
Zuid-Holland
Scheveningen
5(+5)
flotatie-installatie voor maximaal
NV i.v. Antwerpse
35
16.000 m3/h gebouwd.
Nete kanaal
\Vaterwerken
Notmeir
Drinkwaterleiding
Biesbosch
Volgens ~ a b [4]
2 waren er in 1985 in
Rotterdam
Kralingen
1990
bekkens
13
Groot-Brittannië 20 praktijkinstallaties in
bedrijf of in aanbouw. De bekendste en de
eerste daarvan is die te Bewl Bridge in
TABEL I1 - Doel van het proces etr de besterr~rtrirrgvan liet eitrdprodukt vat1 de 7praktikinstallaties.
Kent, die sinds 1979 in bedrijf is voor
Bedriif
Bestemminrr water
Doel van proces
ongeveer 1.000 m3/h [3].
Noord-\Vest Brabant
industrie Moerdijk
helder water
Ook in Frankrijk en Duitsland wordt
flotatie toegepast. De installatie te Moulle
MFI kooKduaat
bij Duinlzerken [g] is onder andere bekend
troebelheid 025 FTU
Al 30 urr/l
industrie Terneuzen en drinkwater
en die te Gelsenkirchen [7]. Deze installaties gebruiken respectievelijk ijzer en
organische stof 50%
ìJsselrnij
infiltratie
fosfaat 75%
aluminiumzouten als vlokmiddel.
organische stof 50%
Voor afvalwaterzuiveringen slibindikking
EWR
infiltratie
fosfaat volledig
wordt flotatie in tientallen andere landen
ingezet. In de Verenigde Staten zijn
DZH
diepinfiltratie
MFI 3 SIP
algenverwijdering volledig bijvoorbeeld honderden van dergelijke
drinkwater
A\V\TJ
flotaat Fe: 1 mg/l
DWL-Rotterdam
drinkwater
installaties in bedrijf [5].
Het gedroogde slib moet worden gestort
op een door de Provincie aan te wijzen
stort.
De meeste bedrijven kiezen voor dikkere
drijflagen en profiteren van het voordeel
van de indikking die bij het opdrijven
optreedt.
~
4.2. Nederland en Bel&
In tabel T staan enkele gegevens van de
7 praktijkinstallaties weergegeven.
De capaciteit van deze installaties is met
uitzondering van die van Antwerpen tot
Eisen kunnen worden gesteld aan flotaat,
aan snelfiltraat of zelfs aan koolfiltraat na
de snelfiltratie. De WMZ stelt bijvoorbeeld een eis aan de MFI-waarde na koolfiltratie. Dit in verband met de levering
van het produkt aan de industrie, die door
middel van hyperfiltratie een ontzouting
wil uitvoeren. De installatie van de WMZ
werkt nagenoeg probleemloos en de
gestelde doelen worden bereikt (afb. 8 en
9). Met water uit de Biesbosch-bekkens
wordt een MFI van het koolfiltraat van
minder dan l s/l2 bereikt.
Het belgische polderwater, dat via spaarbekkens in behandeling wordt genomen,
is vanwege een hoog gehalte aan
organische stoffen veel moeilijker te
zuiveren. Bij een 2- tot 3-voudige
aluminiumdoseringwordt een minimale
MFI van 4 s/P bereikt. Met dit voorbeeld
is nog eens aangetoond hoe bepalend de
9 - De dn3aag in de J7otatieruitt1.evatr de
praktijkittstallatie van de WMZ.
h
Ajh. íi- Het gebouw voor de praktijkittstallatie vatt het Nursbedr~jf
IJsseltnijEnschede
kwaliteit van het oppervlaktewater voor
het eindresultaat van de behandeling is.
Daarnaast is het voor een goede bedrijfssturing nodig strenge waterkwaliteitsdoelen te stellen per zuiveringsstap of
voor een aantal stappen. In de praktijk
gebeurt dit bij veel waterleidingbedrijven
niet of in onvoldoende mate, waardoor
men naar mijn mening te snel tevreden is
met een bepaalde waterkwaliteit, terwijl
optimalisatie goed mogelijk is.
De andere 3 reeds in bedrijf zijnde installaties hebben te maken gehad met enkele
problemen. Op het pompstation Zevenbergen (afb. 10) heeft het een W e tijd
geduurd voordat het ijzergehalte van het
flotaat beneden 1 mg/l bleef. NV Waterleiding Noord-West-Brabant heeft in alle
opzichten de primeur gehad met flotatie in
De dosering moest worden verplaatst naar
het begin van de vlokvorming, hetgeen
het proces niet merkbaar nadelig
beïnvloedde. Enschede werkt met een
centimeters dikke drijflaag met kettingschrapers en bereikt een flotaat
aluminiumgehalte van 0,4 mg/l.
De schuimvorming wordt geweten aan
Ajh. 10 - Eeti voorbeeld vatt een saturator itt de
hoge gehalten organische stoffen in het
praktijkinstallatie van WaterleidingMaatscltappb
Noord- West-Brabant op Itet poinpstotiotr te Zevertbergett. Twentekanaal-water. De dosering
bedraagt gemiddeld 3,3 mg/l aluminium.
Dat hoge gehalten aan organische stoffen
gepaard kunnen gaan met schuimvorming
werd bevestigd door ervaringen bij WMZ
met het Belgische polderwater.
De praktijkinstallatie van de EWR te
Katwijk, die ruim een jaar in bedrijf is,
heeft behalve met schuimvorming te
mmkampen met een aantal andere
problemen. Deze zijn voor een belangrijk
deel te herleiden op de problematiek van
de slibbehandeling,die gekoppeld is aan
het flotatieproces zelf.
--
L
Nederland ook wat betreft enkele
problemen, onder andere met de afvoer
van slib en de invloed van de drijflaag op
de flotaatkwaliteit. De druk om tot een
verdere optimalisatie te komen ontbrak
omdat het pompstation weinig water
behoefde te leveren aan het industriegebied Moerdijk. Bij de installatie te
Enschede traden problemen door
overmatige schuimvorming op bij de
dosering van het aluminium vlokmiddel in
de cascade (afb. 11).
L
EvenaIs te Enschede en Scheveningen
dient de zuivering te Katwijk als voorzuivering voor infiltratie in de bodem.
De drijflaag wordt met water (2% van de
hoofdstroom) afgevoerd en direct in een
aparte installatie, na dosering van een
anionisch poly-elektrolyt, door flotatie
ingedikt. Het aldus ingedikte slib wordt
door centrifugeren verder gedroogd.
De stort moet buiten het terrein plaats-
Afb. 12 - Flotatieruinrten van de prakttjkiristallatie van de E WA op het
ponipstatio~~
Katwtjk.
vinden. Het centrifugaat wordt
gerecirculeerd naar de flotatie-indikker en
het flotaat daarvan naar het ruwe water.
Deze recirculaties bemoeilijken een goede
optimalisatie van het proces [lol.
De praktijkinstallaties te Schweningen,
Notmeir en Kralingen komen dit voorjaar
in bedrijf. Aan die te Scheveningen
worden qua procesbeheersing strenge
eisen gesteld, omdat het snelfivaat geen
verstopping mag geven bij de putinfìltratie
op de Waalsdorpervlakte. De kwaliteitseis
is een MFI van maximaal 3 sll2.
Aluminiumsulfaat en aluminiumhydroxyddoride dienen als vlokmiddel,
waarbij het laatstgenoemde vooral zal
worden ingezet bij lagere watertemperatuur efi bij een slechtere kwaliteit
water uit de Afgedamde Maas als polderwater uit de Bommelerwaard wordt uitgeslagen. Het dunne slib wordt via het
riool afgevoerd naar de afialwaterzuivering te Hourrust in Den Haag.
De installatie te Notmeir is de grootste
van alle tot nu toe gebouwde installaties.
Het doel ervan is de algendoorslag bij de
bestaande vlokkingsfilters te voorkomen
en de looptijden te verlengen.
Het betreft een eerste fase van uitvoering.
Afb. 13 - Mechanisch regelbare nmzles in de praktijkinmllatie van de NVDZH
op het pompstation te Scheeningen.
Bij bevredigende resultaten is het de
bedoeling, dat de huidige lamellenbezinking wordt omgebouwd tot een
flotatie-inrichting. De lamelLenbezinking
voldoet niet qua bezinkingsresultaat en
bovendien moeten de lamellen vanwege
veroudering van het PVC worden vervangen. De bestaande ijzer-III-sulfaatdosering blijft gehandhaafd in de grootte
van 3-10 mg/L Het slib zal worden
ingedikt op het flotatie -oppervlak en met
een kettingschraper afgevoerd.
Dit voorjaar moet de installatie gereedkomen en kan een uitgebreid onderzoeksprogramma worden gestart.
5. Slotbeschouwing
Uit het voorgaande mag blijken, dat
notatie een topper is geworden in de
zuivering van oppervlaktewater tot drinkwater. Het is geen toeval, dat de opkomst
plaatsvindt in de Scandinavische landen,
Groot-Brirtannië, Nederland en België.
Bezinking geeft immers vaak problemen
bij lage watertemperaturen en bij oppervlaktewater met lage mevende-stofgehalten, veel algen en organische stoffen.
Flotatie is onder die omstandigheden qua
proces in het voordeel en heeft de
voorkeur.
In de tweede fase wordt de gehele
produktie van Notmeir zijnde
80 miljoen m3/jaar met flotatie uitgerust.
De totale kosten voor beide fasen worden
geraamd op ongeveer 20 miljoen gulden.
De beste resultaten in de proefinstallatie
werden verkregen met aluminiumhydroxychloride (sachtoklar) als vlokmiddel. De dosering bedraagt slechts
enkele milligrammen per liter. De algenverwijdering is nagenoeg valledig.
Andere voor- en nadelen van flotatie ten
opzichte van bezinking zoals: een geringer
ruimtebeslag, beter schoon te houden
installatie, hogere energiekosten (als
nadeel), lager chemicaliënverbruik en
meer ingedikt slib spelen bij de keuze een
bijkomende rol. De totale kosten van
flotatie en sedimentatie d e n elkaar
uiteindelijk niet veel ontlopen.
De DWL Rotterdam bouwt de grootste
flotatie-installatie in Nederland naast het
bestaande zuiveringsgebouw in Kralingen.
Bij stromende rivieren of kanalen met veel
zwevende stof zonder voorraadvorming
vooraf zal bezinking de voorkeur blijven
behouden.
Literatuur
l. Schippers,J. C. (1988). WorkshopFlatatie I en E
I : Notulen dd. 14 januari 1987; 11: KIWA SWi
89.113.26 Oktober 1988.
2. Groot, C. P. M. de en Breemen, A. N. van
(1987). Ontspannitzgsfiotatie erz de bereiding W J I
drinkwater.Mededeling nr. 11 van de Vakgroep
Gezondheidstechnieken Waterbeheersing. TU
Delfr, juni 1987.
3. TheJrst dissdved airfloration Blantfor water
clarJication in the Utiited Kingdonr. Water Services,
J ~ ~ U 1980,19-23.
WY
4. Zabel, T. (1985). The advantages ofdinobed air
flotationfor water treahtrent.Journal AWWA, 77,
42-46.
5. Proc. Conf. on Flotation for Water and Waste
Water Treatment, WRC, te Feiiistowe,
Medmenham, 1977,430 pp.
Ei. Rees, A. J., Rodman, D. J. and Zabel, T. F.
(1979). Water ClarKi'on bgfiotation - 5. Resufts
on dayereent raw
fiomfive 95 d/platrts operatratrng
waters. WRC Report TR 114, April 1979.
with dissolwd air
7. 15Years ~racticalex~eriisnce
fiotation, 3jö& Rösen. water Services, September
1980, S26-27.
8. Heirnänen, J. (1988). Use of dissolved airflotation
i11potable water treawat in Finland.Aqua Fennica
l S,& ll3-123.
9. Martin, F. et Thebault, P. (1981). Lafrottatioti d
I'Usine de Moulle. La Techique de I'eau et de
l'assainissement (409), janvier 1981,37-42.
10. Wortel, N. C. (1988). A W / X T W A joint
sludge report Section B4: Rotation. Preprint 1988.
ll. Dentel, S. K and &gay, K. M. (1989). Using
Sireaming Current Detectors in Water Treacnrent.
Journal AWWA, 81,85-94.
12. Singh, P. (1989). Onderzoek naar de correlatie
tussen SCD en MFI-meetwaarden bij het voorzuiverit~gsprocesten behowe van diepinflvatie.
Stage-verslag, DWL, juni 1989.
13. Theelen, B. (1989). De Streaming C~urrent
Detector opgenometi ai5 sturingsinstrument voor vlokmiddeldosering. Stage-verslag, DWL, september
1989.
14. Ridder, F. de. Onderzoek naarflotatie qls vlokscheidingstech~iiekbij coagulatie van gelaguneerd
Bewater.
DynaSand filtratie in de drinkwaterbereiding
1. Inleiding
DynaSand filtratie is een nieuwe vorm van
snelfiltratie, waarbij continu een deel van
het zandbed gereinigd wordt. In tegenstelling tot de batchgewijze snelfiltratie
met terugspoelprocedures kan het filter
hierbij ononderbroken functioneren.
Hier wordt volstaan met een beknopte
beschrijving van het filter: uitgebreider
komt dit aan de orde in [l].
IR. J. P. KRAMER
TUD
thans DHV Raadgevend
Ingenieursbureau BV
IR. J. W. IVOUTERS
TUD
thans DHV Raadgevend
Ingenieursbureau BV
De aanleiding tot het onderzoek aan het
DynaSand filter, waarvan hier verslag
wordt gedaan, was de vraag óf, en zo ja,
hoe, het filter gebruikt kan worden als
zuiveringstrap in de drinkwaterbereiding.
Daarbij is het opstellen van ontwerpregels
essentieel, aangezien hieraan nog weinig
aandacht was besteed. Het DynaSand
filter wordt toegepast als derde traps
zuivering van afvalwater en bij de
zuivering van proceswater. Sinds kort
echter zijn ook enkele toepassingen
Afb. 1 - Scl~eli~atische
zoeergave van Itet
DytraSandfilter.
P
I
Samenvatting
Het onderzoek naar DynaSand filtratie bij het drinkwaterleidingprodukriebedrijf
Kralingen (Rotterdam) heeft geresulteerd in de totstandkoming van de
noodzakelijke ontwerpregels voor de toepassing ervan in de drinkwaterbereiding.
Hiermee kan het totale proces, bestaande uit een filtratieproces en een
spoelproces, geoptimaliseerd worden.
Het DynaSand fiter biedt zodoende goede mogeíijkheden in de drinkwaterbereiding, waarbij de specifieke voordelen van het filter (continu filtratieproces/
géén spÖ~lvoorzi~ning~n/hoge
ds bela
bekend in de drinkwaterbereiding
(Australië, Zwitserland, Zweden).
Voor toepassing van DynaSand filtratie bij
drinkwaterleidingbedrijven staan twee
mogelijkheden open:
- als onderdeel van het primaire
zuiveringsproces;
- ter verwerking van spoelwaterstromen.
Om voor de eerste toepassing een indruk
te krijgen van de mogelijkheden en de
daarvoor noodzakelijke ontwerpregels te
ontwikkelen, is met een proeffilter
gedurende zes maanden onderzoek
gedaan bij het produktiebedrijf Kralingen
(DWL Rotterdam). De resultaten zijn
gebruikt ter toetsing van modellen ter
beschrijving van het filtratieproces en de
spoelcyclus. Hiertoe zijn tevens enkele
vergelijkende proeven verricht aan snelfilters in de proeffabriek van het
produktiebedrijf Kralingen.
Met betrekking tot de mogelijkheden voor
toepassing van het filter ter verwerking
van spoelwater is inmiddels ook ervaring
opgedaan.
2. Werking van het filter
De beschrijving geschiedt aan de hand
van afb. l. Het DynaSand filter wordt
opwaarts doorstroomd; de voeding (I)
vindt plaats met enkele verdeelarmen (2)
onderin het bed. Na filtratie (3) stort het
gezuiverde water over in de filtraatafvoerpijp (4).
Tijdens bedrijf verplaatst het zandbed zich
uniform in neerwaartse richting door het
onttrekken van zand door de centrisch in
de filtertank geplaatste mammoetpomp
(5),met een aanmigzijde onderin de tank.
De aanzuiging en opwaartse verplaatsing
van het mengsel van zand, water en
afgefilterde verontreinigingen vindt plaats
door inbreng van lucht in de pomp.
Het getransporteerde zand wordt
opgevangen in de spoelruimte (6) bovenin
het filter. Het zand dat door het turbulente
transport door de mammoetpomp al deels
is gezuiverd door schuurwerking, bezinkt
hier en valt vervolgens door de zandwasser (7), waar de laatste verontreinigingen worden gescheiden van de
zandkorrels door een tegenstroom van
filtraat, opgewekt door een niveauverschil
tussen het filtraat en het in de spoelruimte
overstortende spoelwater.
De gewassen zandkorrels vallen op het
zandbed (8) en vormen weer een onderdeel van het actieve filterbed.
De totale cyclus heeft als resultaat dat het
proces stationair verloopt en het filter
onafgebroken bedreven kan worden.
Afb. 2 - Waterkwaliteitsprofiel (zuz = 4.71 k5nt/s; u = 8 IIZRI;
[Fe], o = 4 ntg/l; It = 1,65 tri).
e-P
3
1.6T
E ,
2.
8
4
f -
,
a
.s-
11
O-,
O
Y
P
[pel
3
(d)
I
6
3. Proefopstelling en
onderzoeksresultaten
3.1. Filtratieproces
Gedurende de proefperiode is het
DynaSand filter (type DS07, filterbedoppervlakte: 0,7 m2) gebruikt als
vlokkingsfilter voor het ruwe Biesbosch
water van het produktiebedrijf. Bij het
onderzoek zijn de volgende parameters
betrokken en gevarieerd:
- korrelmateriaal (d)
- filtratiesnelheid (u)
- filterbed hoogte (h)
- vlokmiddeldosis ([Fe])
- zand(circu1atie)snelheid (wz)
Een betere filtraatkwaliteit wordt
verkregen naarmate de korreldiameter
fijner gekozen wordt, overeenkomstig de
ervaringen met conventionele snelfilters.
Variatie van de hydraulische belasting van
het DynaSand filter blijkt de filtraatkwaliteit op de volgende wijze te
beïnvloeden:
k = U-033
De invloed van de filterbed hoogte is
getoetst met behulp van wisselende
bedhoogten. Dit bleek niet van invloed op
het filtratieproces. Aangezien in een
conventioneel snelfilter het bedvolume
wordt benut als bergend medium is een
zekere bergingscapaciteit noodzakelijk om
een voldoende lange looptijd te
garanderen. Door het stationaire karakter
van DynaSand filtratie stelt zich in dit
filter een tijdsonafhankelijk depositieprofiel in. Monstername over de hoogte
van het bed (afb. 2) brengt nu aan het
licht dat in alle gevallen de afvanging is
geconcentreerd in de onderste
0,40-0,50 m van het bed. Vanuit procestechnisch oogpunt kan derhalve volstaan
worden met een kleinere bedhoogte dan
de nu toegepaste 2,O m.
Afb.3 - Retzdemetit - zandstsellieid (u = 8 tti/h;
.L-
4
6
sandmelheid (.#B-06 m/a)
6
m
&
O
O
I
i
?
8
4
6
6
7
niueauverechil (mn)
Afb.4 - Spoeldebiet - niveauverschil (DS 07 wasser;
Afb.5 - Primicipe van de wasi~rrichting.
d= 48-1,25 nitn).
Dosering van vlokmiddelen verhoogt het
filtratierendement aanzienlijk. Zie afb. 3,
voor respectievelijk Fe]= O en
[Fe]=4 mg/l. In de afbeeldingen is op de
X-as de zand(circu1atie)snelheid weergegeven. Verlaging van de zandsnelheid
geeft een verbetering van het rendement;
door verhoging van de slibaccumulatie
onderin het bed als gevolg van een
kunstmatige verlaging van de zandsnelheid wordt de afvanging van
verontreinigingen bevorderd.
In dit verband is de bepaling van de
minimaal toelaatbare zandsnelheid
teneinde nog juist een stationair vuilfront
te creëren relevant. Aan de beschrijving
van een methode om deze kritische zandsnelheid te bepalen is verderop aandacht
besteed.
De wasinrichting heeft nu de functie een
laatste scheiding van zandkorrels en slibdeeltjes te bewerkstelligen.
In de totale hoeveelheid spoelwater die
vrijkomt (deels door de mammoetpomp
en deels ten gevolge van de wasinrichting)
levert de laatste het grootste aandeel.
Dit aandeel kan beïnvloed worden door
het niveauverschil tussen filtraat en spoelwater (AH) en de zandsnelheid (wz); zie
afb. 4. Een hoger ingestelde A H verhoogt
de drijvende kracht over de wasinrichting
en vergroot de filtraatstroom door de
wasser; een hoger ingestelde zandsnelheid
daarentegen vergroot de momentane
hoeveelheid zand in de wasser,
resulterend in een hogere stromingsweerstand, met als gevolg een afnemende
filtraatstroom.
3.2. Spoelproces
Gedurende het opwaartse transport van
zand en water door de mammoetpomp
vindt een eerste intensieve spoeling
plaats; bovendien bevordert de luchtinbreng de mate van schuurwerking.
Zoals beschreven leveren de bij de drinkwaterbereiding mogelijke toepassingen
met lage zandsnelheden de beste filtratierendementen op. Aangezien dit echter
inhoudt dat het spoelwaterverbruik fors
toeneemt door de geringe hoeveelheid
zand in de wasser, is getracht door
aanpassing van de wasser dit verbruik te
reduceren. Voor dit doel is een tweemaal
zo lange wasser gebruikt met een aanzienlijke hogere stromingsweerstand, niet
alleen door langere stroombanen, maar
met name door de meer dan evenredige
hoeveelheid zand in de wasser. Op deze
wijze kan het totale spoelwaterverbruik
gereduceerd worden van circa 13% tot 4%
van de produktie.
d = 0,8-1,25 ~ I Z ~ I I )Links:
.
[Fe] = 0; reclits: [Fe] = 4 n@.
k
i2
w.=IPd'-6 m/.
w==9..îii-6
V
3 .r-
100-
1
s--
S
f
0,
0
wi=o.u-am/i
x
L
100-
g*
o
0
3
I
17
w-
li
--
$. 80-
I 1:
8
5
O
5
i
i
L
,
S
,
1
,
n
2 1 6
r r a n d s n e h i d ws (*16-06 m/#)
4. Theorie
4.1. Filtratieproces
Met het onderzoek aan het DynaSand
filter is beoogd de dimensioneringsgrondslagen voor dit filter vast te leggen.
Hiertoe zijn de filterwerking en het spoeiproces afzonderlijk bekeken.
Het filtratieproces is afhankelijk van de
influentkwaliteit (c(o)), zandsnelheid (wz),
korrelmateriaal (d), dosering van vlok[hulp)middelen, hydraulische belasting
(U) en temperatuur (T).
Zoals beschreven verbetert het filtratieproces naarmate de zandsnelheid afneemt
ten gevolge van de grotere accumulatie
van verontreinigingen. De zandsnelheid
echter is gebonden aan een minimum;
toepassing van een zandsnelheid lager dan
deze minimale waarde leidt tot doorslag
van verontreinigingen in het filtraat.
Ter bepaling van dit minimum is de
'clogging front theorie' voor conventionele
statische filters beschouwd. In een neerwaarts doorstroomd filter stelt zich enige
tijd na aanvang van filtratie een
(geschematiseerd) vuilfront (clogging
front) in dat zich bij benadering met
constante snelheid in neerwaartse richting
verplaatst [4].
In het DynaSand filter beweegt het vuilfront zich in opwaartse richting.
Tegelijkertijd echter vindt onttrekking van
zand door de mammoetpomp plaats waardoor een neerwaarts zandtransport
gecreëerd wordt. Indien deze afvoer
plaatsvindt met een lagere snelheid dan
die van het oprukkende front zal doorslag
optreden. De minimale (en daarmee
optimale) zandsnelheid kan gelijkgesteld
worden aan de snelheid van het vuilfront.
In dit kader zijn metingen verricht waarbij
de optimale, waargenomen, zandsnelheid
in het DynaSand filter is vergeleken met
de snelheid van het vuilfront in een
conventioneel snelfilter. Uit deze waarnemingen kan worden kan worden
geconcludeerd dat deze benadering
betrouwbaar is.
4.2. Mathematische procesbeschrijving
Het filtratieproces kan beschreven worden
met differentiaalvergelijkingenvoortvloeiend uit de continuïteitsvergeiijking en
de bewegingsvergelijking.
al, a 2 = depositie in kg
verontreinigingen per m3
filterbed op y =y1 en y =y2
(kg/m3>
= zandsnelheid (m/s)
Hieruit volgt:
Daar wz en u constant zijn en u > O en
wz < O volgt dat de profielen c (y) en o (y)
gelijkvormig zijn.
Bewegingsvergelijking
Als bewegingsvergelijking is de algemeen
gehanteerde relatie van Fick aangehouden:
met:
y = diepte van het filterbed (m)
c = concentratie van verontreinigingen
in het water (kg/m3)
K = filtratiecoëfficiënt (l/m)
K is een maat voor het reinigend
vermogen van het filter en wordt
beschreven met de relatie van
Maroudas [2]:
met:
a = depositie van verontreinigingen
(kg/m3) filterbed)
n = maximale vulliigsgraad van de
poriën in het filterbed (-)
@d= soortelijke massa van de afgezette
verontreinigingen (kg/m3)
k = filtratieconstante
Voor het DynaSand filter is k afhankelijk
van vier grootheden:
- kinematische viscositeit (o)
- filtratiesnelheid (u)
- korrelmateriaal (d)
- zandsnelheid (wz)
Continuïteifivergelijking
Voor een mootje filterbed kan als massabalans worden opgesteld:
Z verontreinigingen, in = Z verontr.,
uit bergingsverandering.
Aangezien het filtratieproces in het
DynaSand filter stationair is, is er geen
bergingsverandering:
Z verontr., in = Z verontr., uit.
Combinatie van de eerder beschreven
continuïteitsvergelijkingen de bewegingsvergelijking resulteert in:
Op basis van continuïteit volgt:
u*(cl-c2)=-wz*(al-02)
met:
a = g(y)enc=f(y)
+
met:
u
cl, c2
=
=
filtratiesnelheid (m/s)
concentratie van
verontreinigingen op y = y1 en
y =y2 (lzg/m3)
Als enige onbekende rest nu k; geënt op
de relatie van Lerk en aangepast aan het
DynaSand filtratieproces (introductie van
de zandsnelheid) kan voor k genoteerd
worden:
C
o*ui*dn*f (wz)
.
a
met:
o
d
=
=
f (wz) =
C
=
kinematische viscositeit (m2/s)
karakteristieke korreldiameter
(m)
functie van de zandsnelheid
constante
Met diverse metingen zijn de onbekenden
in de relatie voor k (C, i, n, f (wz))
vastgelegd. Hierbij is een scheiding
aangebracht voor filtratie zónder en mét
vlokmiddeldosering. Zonder dosering is
met behulp van
c(e)=c(y=L)=c(O)*exp(-k*L) en
derhalve k= - (ln[c (e)/c (O)])/L de
invloed van de zandsnelheid op het
filtratierendement, en dus k vastgesteld.
In de praktijk bleek k bij benadering
omgekeerd evenredig met de zandsnelheid: f (wz) = wz.
Door de variatie van u en d is de volgende
relatie voor k gevonden geldend voor
filtratie zonder vlokmiddeldosering:
k=
C1
met C1=3.5*10-15
o*ul/3*d*wz
Ook voor filtratie met vloluniddeldosering
(ferrisulfaat, [Fe] =4 mg/l) is een
dergelijke relatie opgesteld. Bij deze
toepassing bleek de invloed van een
variatie van de zandsnelheid een veel
geringere invloed op het filtratierendement te hebben, tot uiting komend
in de functie f (wz): f (wz) = wz"4
Voor k wordt nu gevonden:
4.3. Filterbed weerstand
Bij een statisch filter neemt de weerstand
vanaf de aanvang van filtratie continu toe.
Bij een DynaSand filter daarentegen
treedt na een korte inloopperiode een
stationair proces op, waarbij de
weerstandswaarde constant blijft.
Deze weerstand wordt bepaald door de
som van de hydraulische weerstand (de
schoon-bed weerstand) en de additionele
weerstand ten gevolge van het vernauwen
van de poriën in het bed door depositie.
Bij hoge zandsnelheden en een snelle
afvoer van verontreinigingen vindt slechts
een geringe accumulatie van verontreinigingen plaats, waardoor de weerstand
nauwelijks afwiikt van die van het schone
bed. ~ i j ' l a ~zakdsnelheden
e
daarentegen
is de accumulatie groter waardoor onder
normale omstandigheden de weerstand
depositie kan als volgt gekwantXceerd
worden:
H (Y)=Ho* (P (O)/pI2
met:
p = p (O) - a v
121
waarin:
a v = volmetrische deposite in m3 slib per
m3 bed (m3/m3)
= a / ~ d
,
is H (y) ook bekend:
Afb. 6 - Filterbedweerstanden (u = 14 mA;
d = O$-1,25 mm).
met maximaal 40% van de schoonbed
weerstand kan toenemen.
Het zich voornamelijk in de onderste
regionen van het bed afzetten van
verontreinigingen uit zich in een toename
van die weerstand juist op die hoogten
van het bed.
In afb. 6 geeft de linker curve het vrijwel
lineaire drukverloop bij een hoge zandsnelheid aan, terwijl in de rechter curve
(lage zandsnelheid) de toename van de
weerstand onderin het bed zichtbaar is.
Berekening van de weerstand geschiedt
aan de hand van de vergelijking van
Carman-Kozeny:
met:
g
= zwaartekrachtsversneiiing (m/s2)
p (O) = porositeit van schoon zand (-)
d
= ds = specifieke diameter (m)
L
= hoogte van het filterbed (m)
= plaatshoogte in het bed (m)
y
De additionele weerstand ten gevolge van
het vernauwen van de poriën door
Afb. 7 - Bd
- zat~dsnelheid. - - - d = 46-1,O
Aangezien het verloop van a (y) is
beschreven met de vergelijking:
Beperken van de spoelwaterhoeveelheid
zal dus vooral moeten geschieden door
beperking van de fhaatrstroom door de
wasinrichting. Daartoe is naast een model
voor de mammoetpomp ter bepaling van
Qwl, waaraan hier verder geen aandacht
besteed zal worden, een model voor de
wasinrichting opgezet teneinde inzicht te
krijgen in de factoren die de filtraatstroom
beïnvloeden.
Het niveauverschil tussen filtraat en
spoelwater, AH, is de drijvende kracht
voor de filtraatstroom. Voor de opzet van
het model dienen een aantal weerstandtermen verdisconteerd te worden:
mti
Verder dient het opwaartse filter zodanig
bedreven te worden dat de weerstand
nooit de waarde H, max overschrijdt:
met:
ez = soortelijke massa van het
filtermedium (kg/m3)
ew = soortelijke massa van water (kg/m3)
4.4. Wasinrichting
De totale spoelwaterhoeveelheidis de
som van het aandeel dat wordt
meegevoerd met het zand door de
mammoetpomp (Qwl) en het aandeel dat
gevormd wordt door de filtraatstroom
door de wasser (Qw2).
Het aandeel van de mammoetpomp is
slechts afhankelijk van de zandsnelheid;
naarmate deze toeneemt zal ook meer
water door de mammoetpomp worden
getransporteerd. Voor de in de d r i i waterbereiding toepasbare lage zandsnelheden bedraagt dit aandeel maximaal
30% van het totale spoelwaterdebiet.
Weerstand ten gevolge van de wandruwheid van de wasser; vanwege de
turbulente stroming is gebruik van de
relatie van Chézy geoorloofd:
met:
u (f)
werkelijke filtraatstroomsnelheid
door de wasser (m/s)
C
= weerstandscoëfficiënt (dm/s)
R
= hydraulische straal (m)
A HW= wrijvingsverlies (m)
= lengte van de stroombanen in de
L
wasinrichting (m)
=
Hiermee kan voor A HWworden
geschreven:
met Ba =weerstandsfactor ten gevolge van
wandwrijving
A Hb:
De wasinrichting is opgebouwd uit een
aaneenschakeling van bochten. Analoog
aan de term voor AHw wordt geschreven:
-- d = 0,8-1,25 mm.
met:
Bb =weerstandsfactor ten gevolge van
bochten
A Hu:
Uittreeverlies ten gevolge van de fdtraatstroom uit de wasinrichting naar de spoelwaterruimte.
Met Bc=vertragingsfactor
l
A Hk:
Weerstand in de wasinrichting als gevolg
van de aanwezigheid van zand.
TABEL I - Bepalitig vati Bdfilte~zatrd,d= 48-1,25 tnnr.
Wz
met 0 d = weerstandsfactor ten gevolge van
zand in de wasser
A Hi:
Het intreeverlies door instroming van
filtraat in de wasinrichting is zeer klein ten
opzichte van de uittree-, wrijvings- en
bochtverliezen en wordt derhalve
verwaarloosd.
Aldus kan de volgende formule
gehanteerd worden:
met: 0ab=0a+ 0b
In deze relatie is voor 0c de eenheid
aangehouden; de gezamenlijke waarde
voor wrijvings- en bochtverliezen is proefondervindelijk vastgesteld: 0ab =0,7.
0 d is een functie van de hoeveelheid zand
in de wasinrichting en A H.
Bij een hogere zandsnelheid zal per tijdseenheid méér zand in de wasser vallen en
bevinden zich méér korrels in de wasinrichting, resulterend in een hogere
weerstand.
Verhoging van A H geeft een soortgelijk
effect, doch minder uitgesproken; bij
toenemende A H zal de filtraatstroom
toenemen en de bezinking van de korrels
worden geremd. Hierdoor bevindt zich
een grotere hoeveelheid zand in de wasser
met een overeenkomstige grotere
strorningsweerstand. In de praktijk blijkt
0d voornamelijk afhankelijk te zijn van de
zandznelheid.
Teneinde bij diverse zandsnelheden en
A H's 0 d te bepalen zijn metingen verricht
waarbij wz, Qw en A H gemeten zijn.
Het aandeel van de wasser in het spoelwaterdebiet (Qw2) is bekend na aftrek
van het aandeel van de mammoetpomp
(Qwl). Met een hiervoor ontwikkeld
computerprogramma is het mogelijk
gebleken met bovengenoemde gegevens
iteratief het totale volume zand in de
wasinrichting te berekenen ter bepaling
van de werkelijke snelheid van de filtraatstroom.
Hiermee zijn in relatie (1) de waarden
voor AH, Bah, 0c, L, R en u (f) bekend,
waarmee 0 d vastgesteld kan worden voor
die situatie. In tabel I en I1 zijn de
resultaten weergegeven, alsmede (in de
laatste kolom) de procentuele bijdrage van
het weerstandverlies in de totale weerstand ten gevolge van de aanwezigheid
van zandkorrels in de wasinrichting.
Naarmate de zandsnelheid toeneemt
neemt deze bijdrage enorm toe; bij wz
> 6.10-5 m/s is dit al meer dan 94%!
Vz representeert het percentage van de
Qwl
* 10-S
10-5
m3/s
m/s
0,52
124
2,45
3,99
6.35
9,27
10,54
AH
Qw2
l,46
1,68
2,06
2,54
3,27
4,17
4,57
O
0f
u (0
* 10-2
m/s
-
010
03
1P
5,03
3,7
525
73
82
7,26
5,77
2,16
3,98
3,34
2,80
2,04
0,65
1,46
75
3,86
10,7
15,s
29,7
48
67
Vz
10-2
m
37,98
29,99
25,72
20,18
16,60
13,58
9,87
28
2,O
~ $ 7
2,O
3,s
395
3'5
Bd
84
94
96
98
TABEL I1 - Bepaling van B d, filte~zand,d= 0,6 - 0,1 nim.
Wz
Owl
AH
Qw2
Vz
u (fl
Bd
Zowel metingen met een kleinere wasinrichting als een langere bevestigen dit.
In tabel III wordt de vergelijking tussen
de DSO7-wasser en een tweemaal zo lange
DS07 wasser geïllustreerd voor ongeveer
gelijke procesomstandigheden.
wasser dat ingenomen wordt door zandkorrels; hieruit blijkt dat de reductie van
het doorstroomoppervlak door de aanwezigheid van zand gering is, zodat de
filtraatstroom Qw2 bij benadering
berekend kan worden met:
Qw2=u (f) *Aw
TABEL III - Vergelijking vati spoelwaterl~oeveelliedet~
met
Aw = doorstroomoppervlak van de
wasinrichting (m2).
voor twee versc~iiller~de
wasi~irichti~me>t.
Voor de bij het filter behorende DS07
wasinrichting is in afb. 7 0d als functie
van de zandsnelheid, voor grof
(0,8-125 mm) en fijn zand (46-1,O mm)
weergegeven.
Ter reductie van de spoelwaterhoeveelheid dient er voor gezorgd te worden dat
zelfs bij lage zandsnelheden zich relatief
veel zand in de wasser bevindt waardoor
0d toeneemt, bijvoorbeeld door
toepassing van een wasinrichting met een
kleiner doorstroomoppervlak en/of een
grotere lengte.
De verschillen zijn aanzienlijk: de langere
wasser heeft een vijftien maal zo hoge
waarde voor Od, hetgeen een verlaging
van de spoelwaterhoeveelheid inhoudt
van 13% tot 4% (futratiesnelheid:
12 m/h).
Afb. 8 - Procesparameters, relatiesclietna.
FILTRMlWdNLlEIT
ICC I
I
-----r--
SWnWLTERDEBIET
-.
<Ort
I
/-h
/-i
t
t
l
I IWLULHT
kWLLITEIT
CF?. T,
Col
I
FILIRATIE
t",
SNELHEID
KORRELMATFRIML
<*l
l . l i
F t LTEREERSTNIO
IHI
--
LWlmOE'IOER
AB. 9 - Opbozrzu DynaSaiidfiltratie voor grootschalige toepassit~geiiin beton.
5. Meet- en regeltechniek
Om het DynaSand filter ook onder
wisselende procesomstandigheden
optimaal te bedrijven wordt aandacht
besteed aan meet-en regeltechniek.
Daarbij wordt gebruik gemaakt van het
relatieschema in afb. 8, waarin in drie
lagen achtereenvolgens de uitgangswaarden, de peocesparameters en de
meet- en regelparameters zijn aangegeven. De sturing van de luchttoevoer
biedt een goed handvat ter beheersing van
het proces.
De centrale plaats van de parameter filterweerstand vormt daarnaast een goede
indicator van de mate waarin de luchttoevoer moet worden bijgesteld.
De regelcyclus wordt als volgt
opgebouwd. Aangezien de filterweerstand
voornamelijk wordt bepaald door de
filtratiesnelheid en het filtermedium en
veel minder door de influentkwaliteit en
de zandsnelheid vormt de hydraulische
bedweerstand (de zogenaamde schoonbed
weerstand) Ho het uitgangspunt.
filter met ruw water van een vrij goede,
constante kwaliteit, is: P = 1,2.
Met deze richtwaarde is mert een debietsmeting en een meting van de drukhoogte
de actuele weerstandswaarde te
vergelijken met de berekende. Bij een
geconstateerd verschil kan het luchtdebiet
als stuurparameter bijgesteld worden.
Het is zinvol een dergelijke regeling te
completeren met een continue zandsnelheidsmeting, enerzijds als signaal
wanneer de luchttoevoer is onderbroken,
anderzijds als controle op het regelproces.
met
6. Vergelijking met conventionele
zuiveringstechnieken
Ten aanzien van het restijzergehalte en
troebeling is een vergaande vergelijking
mogelijk tussen de kwaliteit van het
dubbellaags filtraat en het DynaSand
filtraat.
De volgende kanttekeningen kunnen
worden geplaatst:
- Wordt in het produktieproces ongeveer
8 mg/l ijzer als ferrisulfaat gedoseerd in
de coagulatieruimte, met het DynaSand
filter kan volstaan worden met een kwart
tot de helft van die dosis. In conventionelc
vlokkingsfiltratie is een dergelijke dosis
niet praktisch toepasbaar vanwege de
beperking van de looptijd.
- Toepassing van fijnere filtermedia voor
het DynaSand filter biedt goede mogelijkheden door het ontbreken van de looptijd
beperking.
Kans op doorslag treedt op indien:
B > 1,5; een reële waarde voor P,
gerelateerd aan de beproeving van het
Naast deze kwalitatieve aspecten biedt het
principe van het DynaSand filter een
aantal specifieke voordelen. Allereerst
houdt het continue spoelproces in dat het
De aanvullende weerstandsterm ten
gevolge van slibaccumulatie, als indicatie
voor een beter verlopend filtratieproces
wordt verdisconteerd door uit te gaan van
de richtwaarde voor de operationele,
optimale weerstandswaarde:
fdtratieproces ononderbroken kan plaatsvinden. Dit betekent dat geen spoelprocedures noodzakelijk zijn en de voor
dergelijke spoelingen benodigde spoelpompen, spoeileidingen, regelapparatuur
en bufferruimten. Daarnaast komt het
spoelwater in het DynaSand filter in een
continue stroom vrij, hetgeen de
verwerking ervan vergemakkelijkt.
Dit biedt voor kleinschalige toepassingen
directe voordelen op.
Daar staat tegenover een hogere bouwhoogte van de filters, gebruik van
compressoren en de aanwezigheid van de
interne mammoetpomp voorziening.
De huidige stalen filters zijn beperkt van
omvang; het grootste filter heeft een
oppervlak van 5 m2.
Voor grootschalige toepassingen wordt het
DynaSand filtratieprincipe uitgevoerd in
beton. In afb. 9 is het stramien van een
dergelijke toepassing zichtbaar gemaakt.
In deze opstelling zijn zeven filters
geïntegreerd uitgevoerd in een betonnen
honingraat-structuur. Daarmee worden
afzonderlijke filtereenheden van 7 x 5 =
35 m2 bereikt.
In Zwitserland is een dergelijke installatie
gebouwd ten behoeve van defosfatering.
Het specifieke voordeel bij dergelijke
grote installaties is dat de hoge toelaatbare
droge-stofbelastingen een aparte voorbehandeling (bezinking/flotatie) overbodig maakt.
7. Conclusies
Toepassing van DynaSand filtratie ten
behoeve van de drinkwaterbereiding is
heel goed mogelijk. Met behulp van de
proefresultaten is het opzetten van
ontwerpregels voor het filter mogelijk
gebleken.
Goede filtratierendementen worden
bereikt indien het filter als onderdeel van
het zuiveringsproces in de drinkwaterbereiding met lagere zandsnelheden wordt
bedreven dan nu gebruikelijk.
De daarmee corresponderende hogere
spoelwaterhoeveelheden zijn het gevolg
van de configuratie van de wasinrichting;
aanpassing van de wasinrichting blijkt
mogelijk, waardoor het spoeldebiet
gereduceerd kan worden tot 4% van de
produktiestroom.
Het DynaSand filtratieproces is regeltechnisch goed te beheersen hetgeen
essentieel is voor een goede hanteerbaarheid van het systeem. De beïnvloeding
van de luchttoevoer en daarmee de zandsnelheid biedt hiertoe een goed uitgangspunt.
De specifieke voordelen spitsen zich bij
Vervolg op pagina 30.
Membraantechnologie voor de drinkwaterbereiding
Inleiding
De bereiding van drinkwater in Nederland
vindt al sedert het midden van de vorige
eeuw plaats. Voor die tijd was het nog
mogelijk open water als drinkwater te
gebruiken. Het stijgend waterverbruik en
de toenemende vervuiling van de bronnen
noopten de overheid maatregelen te
treffen voor een openbare drinkwatervoorziening [lalb]. Bereidingsprocessen
die vanaf die tijd zijn toegepast zoals
zandfitratie, vormen heden ten dage nog
een belangrijke processchakel in de
bereiding van verantwoord drinkwater.
Verdere uitbreiding van de capaciteit voor
de drinkwaterbereiding is nu weer actueel
door het nog steeds stijgend gebruik van
drinkwater. Een nadere bezinning op de
wijze waarop deze uitbreiding kan worden
gerealiseerd is dan ook op zijn plaats.
In een heroriëntatie kunnen nieuwe
technologische ontwikkelingen in
beschouwing worden genomen.
Membraantechnologie
Een dergelijke nieuwe ontwikkeling is
membraanfiatie. Deze techniek werd in
het verleden niet geschikt geacht voor
toepassing in de drinkwatervoorziening,
waarbij economische redenen de doorslag
gaven. Momenteel zijn de kosten voor de
waterbereiding steeds hoger geworden,
mede door vervuiling van het uitgangsprodukt en het aanscherpen van de
kwaliteitseisen voor drinkwater; de kosten
van membraantechnologie daarentegen
zijn aanzienlijk gedaald [2].
In dit artikel zullen de mogelijkheden van
membraantechnologie in zijn algemeenheid worden besproken en in het
bijzonder de mogelijke toepassingen voor
de drinkwaterzuivering.
Achtereenvolgens zullen de voor- en
nadelen van membraantechnologieen de
verschillende membraantechnieken
worden besproken voorzover deze van
belang kunnen zijn voor de drinkwaterbereiding, en zonodig met elkaar worden
vergeleken.
Capaciteitsuitbreiding door het stijgend
verbruik van drinkwater kan met
membraantechnologie worden gerealiseerd. Behalve aan uitbreiding kan men
ook denken aan besparing van drinkwater
en aan het tegengaan van vervuiling van
de bronnen. Van de besparing van drink-
--
gFm-ö:~d.O%r+i3
.
gie. Verscldende membraanscheidings,processen, met relevantie voor drinkwaterbereidingwaaronder hyperfiltratie,
panofutratie, microfiltratie, pervaporatie en vloeibare membranen zijn in
beschouwing genomen. Daarnaast kunnen membranen worden gebruikt bi' het
,terugdringen van & g
aan de brd-@$&jjt & , ~ ~ @ Y&Q
&
-g&&
van drinkwater-&?
;
+
&
&
i
&
.
g
=
&
--
water met behulp van membranen zullen
enkele voorbeelden worden gegeven. De
aanpak van vervuiling met membraantechnologie is echter te uitgebreid om in
het kader van dit artikel te worden
besproken.
Membranen
Het toepassen van synthetische
membranen is van een recentere datum
dan de bereiding van drinkwater.
Het onderzoek naar membranen heeft
weliswaar zijn start gekend in het midden
van de vorige eeuw, maar de eerste
commerciële synthetische membranen
werden pas in de jaren twintig gebruikt,
en dan nog uitsluitend in de laboratoria.
Een groot nadeel van deze toenmalige
membranen was de zeer geringe doorzet,
zodat grootschalige toepassingen toen niet
interessant waren. In de jaren zestig heeft
de membraantechnologie echter een
geweldige stimulans gekregen door de
ontwikkeling van het asymmetrisch
membraan (afb. 1). Met een dergelijk
asymmetrisch membraan is het mogelijk
de doorzet aanzienlijk te laten toenemen,
doordat de scheiding in een uiterst
minuscule toplaag plaatsvindt, zodat de
weerstand voor transport van de vloeistof
gering is ten opzichte van de eerder
ontwikkelde membranen. De mechanische
sterkte ontleent het asymmetrische
membraan aan de onderliggende dikkere,
maar tevens poreuze steunlaag. Met
dergelijke membranen bleek het mogelijk
te zijn zout voor meer dan 99% uit water
te verwijderen. Inmiddels is deze techniek,
hyperfutratie (ook wel omgekeerde
osmose genoemd), een geaccepteerde
technologie voor waterbereiding
geworden. Deze wordt vooral toegepast
op lokaties waar alleen brak- of zeewater
voorhanden is en de drinkwaterbehoefte
niet zo groot is; daarbij kan worden
gedacht aan afgelegen plaatsen,
zeeschepen en olieplatforms. Van al het
water dat bereid wordt met een ontzoutingsinstallatie is momenteel 25%
afkomstig uit een hyperfiluatie-installatie
(afb. 2) 131.
De doorbraak die heeft geleid tot de
l
I
I
,
ontwikkeling van hyperfdtratie
membranen leidde ook tot nieuwe
membraanscheidingstechnieken.Behalve
hyperfiltratie kunnen ook de andere
membraantechnieken in de drinkwaterbereiding worden toegepast. In tabel I zijn
alie verschillende membraantechnieken
weergegeven. Met een sterretje is aanTABEL I - Overzicht van nie~nbraa>zfiltratieprocessen.
Commerciëleprocessen
* - Hyperfdtratie (Omgekeerde Osmose)
(*) - Ultrafiltratie
* - Microfiltratie
- Dialyse
(*) - Electrodialyse
- Electrolyse
(*) - Pervaporatie
- Gasscheiding
Nieuwe processen
- Vloeibare membranen met actief transport
- Nanofilaatie
- Membraandestillatie
- Combinatie reactie/scheiding
(enzym- en cel-immobilisatie)
** - Combinatiemet andere processen
*
**
Af6.1 - Schematische voorstelling van een asymmetrisch
membraan.
Af6.2 - OntaoutirtgsinstaUaties wereldwtjdpeildatum
1-1-1988. ED: electrodialyse;RO: hypetfìltratie; ME:
verdamper; MSEf7ash verdamper; VC:dampcondensatie.
i
2.40%
0.20% combinaties
25.07%
R0
gegeven welke van deze technieken
interessant kunnen zijn voor drinkwaterbereiding.
verbeterd, dat dit de toepassing van
membranen in de drinkwaterbereiding
niet meer in de weg hoeft te staan.
T/oot.dele~i
Het grote voordeel van membraanprocessen ten opzichte van een
scheidingsproces zoals destillatie is dat
eerstgenoemde technieken zuinig in
energie zijn. Tevens zijn membranen
gemakkelijk inpasbaar in een al bestaand
proces. Opschaling van een membraaninstallatie levert nagenoeg geen
problemen op [4].
Voor de drinkwaterzuivering kan
membraantechnologie interessant zijn
vanwege het concept van verwijdering van
vrijwel alle verontreinigingen, zoals
zouten, organische microverontreinigingen
en micro-organismen, Door d e toenemende vervuiling van d e drinkwaterbronnen zullen de waterleidingbedrijven
zich steeds meer genoodzaakt zien tot het
installeren van extra zuiveringsstappen die
het totale zuiveringsproces gecompliceerd
en duur maken.
Tot d e nadelen van membraanfiltratie kan
tegenwoordig ook de afvoer van het
retentaat worden gerekend. Aangezien
membraantechnologie niets anders dan
een fysisch scheidingsproces is zal bij d e
produktie van drinkwater een bijprodukt
ontstaan dat een hogere concentratie aan
verontreinigingen bevat dan het uitgangsprodukt. Het lozen van het retentaat op
bijvoorbeeld het oppervlaktewater stuit op
milieubezwaren. Hier zullen oplossingen
voor moeten worden gevonden, hoewel
de oorsprong van het probleem in feite
politiek van aard is: het onttrekken van
schoon water uit oppervlaktewater zorgt
er weliswaar voor dat de concentratie aan
verontreinigingen in het oppervlaktewater
in geringe mate zal toenemen, maar in
absolute zin worden geen extra verontreinigingen aan het oppervlaktewater
toegediend.
Nadeletr
Uiteraard kent de membraantechnologie
ook nadelen. D e belangrijkste hiervan zijn
concentratiepolarisatie e n vervuiling die
beide resulteren in een afname van d e
doorzet.
Concentratiepolarisatie wordt veroorzaakt
door ophoping van materiaal dat door het
membraan wordt tegengehouden en kan
gedeeltelijk teniet worden gedaan door
het aanpassen van het stromingsregime of
het verhogen van d e temperatuur, dus
door aanpassing van d e procescondities.
Vervuiling daarentegen wordt veroorzaakt
door interactie tussen componenten uit de
oplossing en het membraan zelf e n kan
aanleiding geven tot verstopping van de
poriën. Inmiddels zijn er membranen
leverbaar die minder snel last hebben van
vervuiling; deze zijn vervaardigd van
materialen die minder interactie vertonen
met de vervuilende componenten.
Een nieuwe ontwikkeling is het voeren
van andere procescondities, waarbij de
vloeistof beurtelings van beide kanten
door het membraan wordt geperst. D e
bedoeling hiervan is dat met een korte
krachtige tegenstroom het zich ophopende
vuil van het membraan wordt weggespoeld. Dit betekent dat de membranen
bestand moeten zijn tegen een grotere
variatie in drukverschil. De nieuwe
generatie membranen is mechanisch
sterker en bijgevolg bestand tegen een
dergelijke terugspoelpuls.
D e aanvankelijk beperkte levensduur van
de membranen, die vroeger een hoge
kostenpost vormde, is inmiddels zodanig
Hyperfiltratie
Met deze membraantechniek kunnen
nagenoeg alle componenten die schadelijk
zijn voor d e gezondheid uit water worden
afgescheiden. Zouten, bestrijdingsmiddelen, al dan niet hydrofiel, en andere
verontreinigingen kunnen met deze
membranen worden tegengehouden (zie
afb. 3 ) . Hyperfiltratie wordt tot nu toe nog
slechts toegepast voor de bereiding van
drinkwater uit zeewater op afgelegen
lokaties, op zeeschepen of boorplatforms.
Voor de bereiding van zuiver water voor
laboratoria of voor de procesindustrie is
hyperfiltratie een veelvuldig toegepast
proces. In de elektronika-industrie
bijvoorbeeld, waar bij d e bereiding van
chips hoge eisen worden gesteld aan d e
zuiverheid van water, maakt het hyperfiltratieproces deel uit van d e zuivering
van het proceswater. In sommige bierbrouwerijen ondergaat het water dat
gebruikt wordt voor het brouwproces
een voorbehandeling door middel van
hyperfiltratie.
Dat deze techniek niet méér in d e drinkwaterbereiding wordt toegepast ligt tot nu
toe aan de kostprijs en, ironisch genoeg,
aan de kwaliteit van het geproduceerde
water. Aangezien met deze techniek
nagenoeg alle zouten uit het produktwater
worden verwijderd is dit niet zonder meer
geschikt als drinkwater. Door menging
van ongezuiverd water of van minder
gezuiverd water kan ervoor worden
gezorgd dat het eindprodukt binnen d e
gestelde norm blijft. Met een kostenberekening kan worden aangetoond dat
met een dergelijk proces ook economisch
verantwoord drinkwater kan worden
geproduceerd [5].
Nanofiltratie (61
Deze techniek lijkt veel op hyperfiltratie
en wordt ook wel 'loose reverse osmosis'
genoemd. Het nanofiltratiemembraan lijkt
ten opzichte van het hyperfiltratiemembraan 'lek' te zijn voor éénwaardige
zouten, terwijl meerwaardige zouten worden tegengehouden evenals organische
stoffen met een molecuulmassa groter dan
ongeveer 300 (het molecuulgewicht van
d e tegen te houden component is afhankelijk van het soort membraan).
Nanofiltratie is dan ook uitermate geschikt
voor het ontharden van water. Dit proces
Afl. 3 - Sclrerriatische voor.itelliirg vair Ir~~pe-filtratie,
rrarrofiltratie, irltrafilrratie ei, ~,ticrofiltratie.
1
Hyperfiltratie
Microfiltratie
l
Gesuspendeerde
deeltjes
Nanofiltratie
Ultrafiltratie
is ook uitermate geschikt als voorbehandeling voor een ionenwisselaar of
een actief-koolfilter, aangezien hiermee
tevens hydrofiele verontreinigingen zoals
bestrijdingsmiddelen kunnen worden
verwijderd. Hoewel nanofiltratiemembranen nog niet zolang commercieel
verkrijgbaar zijn, blijkt dit proces in de
Verenigde Staten rendabeler te zijn dan de
tot nu toe gebruikte onthardingsmethoden, en gaan steeds meer de drinkwaterbedrijven ertoe over dit proces in
hun bedrijfsvoering toe te passen [7].
Ook hier geldt dat behandeling van
deelstromen het proces economisch
aantrekkelijk maakt [5].
Microfiltratie
Dit membraanproces wordt al naar volie
tevredenheid in diverse processen
gebruikt. Bekende toepassingen zijn het
zogenaamde 'koude sterilisatieproces',
waarbij micro-organismen van een
vloeistof worden afgescheiden zonder dat
hierbij een temperatuurverhoging noodzakelijk is, en voorfiltratie in bijvoorbeeld
de afvalwaterbehandeling. Met microfiltratie worden colloïdale deeltjes uit een
oplossing verwijderd en dit maakt het
proces uitermate geschikt voor toepassing
in de drinkwaterbereiding. Het coagulatieen precipitatieproces, datnog veelvuldig
wordt toegepast in de drinkwaterbereiding
kan eenvoudig worden vervangen door
microfiltratie, of, indien de deeltjes kleiner
zijn dan de poriën van het microfiltratiemembraan, door ultrafiltratie. Het grote
voordeel van dit Srsische scheidingsproces
is dat er veel minder of helemaal geen
chemicaliën voor de coagulatie noodAfb. 4 - Sclrerrratisclie voorstellirrg vatl electrodialyse.
Een geconcentreerde zeepoplossing met
het verwijderde vuil wordt geloosd en het
gereinigde water kan opnieuw worden
gebruikt voor de volgende spoelbeurt.
zakelijk zijn omdat de poriën van het
membraan zodanig kunnen worden
gemaakt dat kleinere deeltjes worden
afgevangen. Proeven met membraanfiltratie die uitgevoerd zijn op bronwater,
zowel in de Verenigde Staten [8] als in
Frankrijk [9] laten goede resultaten zien
voor het afvangen van verontreinigingen
zonder een coagulatiestap.
.
Elektrodialyse
Bij hyperfiltratie, nanofiltratie en microfiltratie wordt een drukverschil over het
membraan aangelegd om scheiding te
bewerkstelligen; bij elektrodialyse
gebruikt men een elektrisch potentiaalverschil. Geladen (zout)ionen worden
naar de verschillende elektroden getransporteerd, terwijl ongeladen ionen niet
worden be'ïnvloed. Membranen dragen
zorg voor de scheiding: een positief
geladen membraan laat anionen door
maar houdt kationen tegen, terwijl een
negatief geladen membraan anionen
tegenhoudt en kationen doorlaat. Door
steeds een combinatie van positief en
negatief geladen membranen te gebruiken
tussen de elektroden kan door middel van
scheiding een geconcentreerde en een
verdunde zoutoplossing worden
verkregen (zie afb. 4).
Besparingen in het gebruik
Met microfiltratiemembranen kunnen ook
grote besparingen in het verbruik van
drinkwater worden gerealiseerd. Hierbij
kan worden gedacht aan licht verontreinigend afvalwater dat gezuiverd wordt
en vervolgens weer wordt gerecirculeerd.
Dergelijke besparingen worden momenteel al toegepast in dichtbevolkte gebieden
zoals Tokyo. Daar wordt bijvoorbeeld in
sommige hotels het afvalwater gedeeltelijk
gereinigd voor hergebruik.
Een andere tot de verbeelding sprekende
toepassing is de zuivering van het spoelwater in de wasserij. Proeven, uitgevoerd
bij commerciële wasserijen, hebben
aangetoond dat in sommige gevallen meer
Als ontzoutingstechniek wordt elektrodan 95% besparing aan het verbruik van
dialyse al veelvuldig toegepast, ook voor
drinkwater kan worden gerealiseerd met
een relatief eenvoudig microfiltratieproces. de bereiding van drinkwater. In de jaren
zeventig zijn verschillende installaties in
Wanneer een dergelijke toepassing in
gebruik genomen voor de bereiding van
huishoudens kan worden gerealiseerd zal
drinkwater uitgaande van brakwater.
dit een aanmerkelijke besparing van
drinkwater kunnen opleveren.
De kostprijs van het geproduceerde water
is afhankelijk van de hoeveelheid zout die
Het principe van deze besparing is bemoet worden verwijderd. Behalve de
trekkelijk eenvoudig: in de wasmachine
wordt een membraanmodule geïnstalleerd watermoleculen worden ook alle andere
ongeladen componenten ongemoeid
die tot taak heeft het spoelwater te
gelaten.
ontdoen van verontreinigingen en zeep.
Afb. 5 - Schernatiscl~evoorstenllit~gvan peruaporatie, waarbij ket pernreaat
als danrp wordt venuijderd.
voedmg
retentaat
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
F
pos.
membra
condensator
I
t
permeaat
-
vacuumpomp
Pewaporatie
Deze techniek wordt nog maar kort
commercieel toegepast. Pervaporatie
maakt het mogelijk om vluchtige laagmoleculaire componenten van elkaar te
scheiden onder invloed van een aan de
permeaatzijde aangelegde lage dampdruk
(afb. 5). Het pervaporatieproces wordt
onder andere gebruikt voor de winning
van alcoholen die worden gevormd bij
vergisting en het terugwinnen van
vluchtige oplosmiddelen die vrij kunnen
komen bij sommige produktieprocessen,
bijvoorbeeld in drukkerijen en verfspuiterijen.
In toenemende mate worden vluchtige
organische componenten in bronwater
aangetroffen [lol.Met pervaporatie is het
mogelijk het water te zuiveren. Een schematische voorstelling van een dergelijke
zuivering is weergegeven in afb. 6.
Vloeibare membranen
Vloeibare membranen vormen een
nieuwe ontwikkeling in de membraantechnologie [ll].De membraanfase is een
vloeistoflaag, die meestal uit een organisch
oplosmiddel bestaat met daarin opgelost
een 'carrier'. De totale vloeibare
membraanfase wordt opgezogen in de
poriën van een microporeuze drager.
De 'carrier' moet in staat zijn selectief een
complex te vormen met de te permeëren
component. Na diffusie van dit complex
door het membraan wordt aan de andere
zijde van het membraan de binding tussen
'carrier' en component verbroken, en
wordt de component gedesorbeerd
(afb. 7). Door de hoge diffusiesnelheden
in vloeistoffen kan het totale proces
relatief snel verlopen. Bij de potentiële
toepassingen wordt vooral gedacht aan de
verwijdering en concentrering van lage
concentraties zware-metaaiionen, wat een
interessante toepassing voor de drinkwaterbereiding kan zijn.
Een groot nadeel van vloeibare
membranen is de instabiliteit van het
membraan door verwijdering van de
vloeibare fase uit de drager (afb. 8).
Dit kan worden tegengegaan door de
ge'ïmmobiliseerde vloeistof te geleren.
Uiteraard wordt hierdoor de diffusiesnelheid verlaagd en zijn alleen
membranen met een open gelstructuur
interessant. Uit onderzoek [l21 is gebleken
dat de verwijdering van de vloeibare fase
slechts aan één kant van de drager plaatsvindt en wel de voedingskant. Door nu
slechts een dun gegeleerd laagje aan de
voedingskant aan te brengen kan de
instabiliteit van het vloeibare membraan
worden tegengegaan (afb. 9).
Commerciële vloeibare membranen zijn
nu nog niet beschikbaar en voor de
bereiding van drinkwater is dit type
proces geschikt voor toepassing op
langere termijn.
Combinatie met andere processen
Aangezien membraanprocessen gemakkelijk inpasbaar zijn in een al bestaand
proces liggen combinaties met andere
processen voor de hand. Indien capaciteitsuitbreiding het noodzakelijk maakt dat
bijvoorbeeld extra bezinkbassins moeten
worden aangelegd op een klein bedrijfsterrein, is het toepassen van microfiltratie
als aanvulling op de al bestaande
coagulatie- en precipitatieprocesseneen
Voedigsfase
Stripfase
Afb. 7 -Hef principe van vloerbare membranen.
I
I
I
Voedingsfase
I
Stripfase
M.8 -Instabiliteit van vloeibare membranen.
I
Voedingsfase
Afb. 6 - Grondwatemuivering door middel van pervaporai re.
I
chemicaliën
dosering
I
Stripfase
Afb. 9 - Bescherming van vloeibare me~nbranetlmet
een dunne coating.
stand
goede mogelijkheid. Het al eerder aangehaalde voorbeeld van menging van
verschillende produktstromen om
acceptabel drinkwater te verkrijgen is ook
een mogelijkheid voor het combineren
van al bestaande processen in de drinkwaterbereiding met membraantechnieken.
Voordeel van een dergelijke 'stap-voorstap' benadering is dat ervaring op
praktijkniveau kan worden opgedaan
I
TABEL I1 - ûwerzicht van jaarlijkse otnzet vati metnbraanfiltratie-apparatuur iti de waterbehatideling
(niilioeri US s).
UF
R0
ED
Toepassing
MF
Zeewaterontzouting
Brak water ontzouting
Voorbehandeling ketelwater
Ultramiver water
'Koud' steriliseren
Afvalwater
5
120
80
5
Totaal
210
DynaSand
Vetvolg van pagina 25.
Totaal
Meinschalige toepassingen toe op het
continu proces en de afwezigheid van
spoelvoorzieningen, bij grootschalige
toepassingen is het voordeel met name
gericht 06de hoge toelaatbare drogestofbelasting, die een voorbehandeling
(bezinking/flotatie) overbodig kan maken.
(Overgenomen van ref 13).
zonder dat hier een erg hoog prijskaartje
aan is verbonden.
Economie
Waterbehandeling in de ruimste betekenis
is tot nu toe het belangrijkste toepassingsgebied voor de membraantechnologie;
hieronder wordt zowel verstaan de bereiding van zuiver water als de behandeling
van afvalwater [13]. In tabel II (afkomstig
uit het artikel van Strathrnann) wordt de
omzet weergegeven van de membraanindustrie in 1988 uitsluitend gerealiseerd
in de waterbehandelingssector. Deze
omzet, goed voor 400 miljoen US dollar
op jaarbasis, is ongeveer 35% van de
totale membraanomzet. De toepassing
voor drinkwaterbereiding maakt slechts
20% uit van de waterbehandeling.
De grootste omzet voor de waterbehandeling wordt gerealiseerd voor de bereiding
van zuiver proceswater voor verschillende
takken van industrie.
Membraanprocessen kunnen goedkoper
zijn dan andere technieken, maar dit is
afhankelijk van de kwaliteit van het water
dat moet worden gezuiverd, de grootschaligheid van het proces en de kwaliteit
van het produktwater. Van Dijk et al [5]
hebben een kostenberekening uitgevoerd
voor een hyperfiltratie-installatie in het
Westland. De kostenprijs voor 1 m3
ontzout water bedraagt ongeveer f l,-.
Dit komt goed overeen met de globale
cijfers die Strathmann [l31 geeft voor de
verschillende ontzoutingstechnieken als
functie van het zoutgehalte van het te
zuiveren water. Uit deze gegevens blijkt
verder dat bij een zoutgehalte van 1 g
NaCl per liter of lager elektrodialyse
goedkoper is dan hyperfiltratie. Bij zoutgehaltes boven de 1 g per liter daarentegen is hyperfiltratie voordeliger. Bij
deze beschouwing is niet de kwaliteit van
het produktwater meegenomen. De nietgeladen verontreinigingen worden met
elektrodialyse niet verwijderd, dit in
tegenstelling tot hyperfiltratie.
Conclusie
Membraantechnologie is een betrouwbare
techniek die op verschillende wijzen
inzetbaar is voor de bereiding van drinkwater. Toepassing van membranen door
de drinkwaterbedrijven opent nieuwe
perspectieven voor de kwaliteits- en
kostenbeheersing in de bereiding van
drinkwater.
Het toepassen van membraantechnieken
bij de gebruiker zal op den duur besparing
van drinkwater opleveren.
Referenties
la. Graveland, A. (1980). Hoe deugdelijk drinkwater
wordt bereid. Chem. Magazine oktober, 653.
lb. Graveland, A. (1980). De bereiding vati drinkwater uit oppervlaktewater: Chem. Magazine
december, 823.
2. Kruithof, J. C., Schippers, J. C. en Dijk, J. C. van
(1991). De drit1kwatervoorziet2i>lguit opperulaktewater
iti de jaren tiegentig. H20 (24) 1991,468.
3. IDA Worldwide Desalting Plants Inventory
(1988). Wangnick Consulting. D-2742 Gnarrenburg.
4. Boomgaard, Th. van den en Bonekamp, B. C.
(1988). Sytithetische metnbranen, selectiewe grettzeti.
Natuur en Techniek, 386.
5. Dijk, J. C. van, Munneke, B. R. en Kramer, B.
(1990). Metnbraanfiltratie: eert reële optie bij de
drinkwateruoonienitig?HzO (23) 1990,286.
6. Eriksson, P. (1988). Nanofiltrattio Extetrds tlie
Range of Membratie Filtration. Environmental
Progress 7,58.
7. Conlon, W. J. and McleUan, S. A. (1989).
Metnbratre Softenitlg: a Treatniet~tProcess Comes of
Age. J. AWWA, Nov., 47.
8. Jacangelo, J. G., Aieta, E. M., Carns, K. E.,
Cummings, E. W. and Mallevialle, J. (1989).
Assessing Hollow Fiber Ultrafitratioti for Particulate
Reniowal.J. AWWA, Nov., 68.
9a. BersiUon, J. L., Anselme, C., MaüeviaUe, J. and
Fiessinger, F. (1989). Ultrafiltratiori applied to
dritikitzg water trea»tierit: case of a smal1 system. Water
Nagoya 31s-06-A12,209.
9b. Bersillon, J. L. (1989). FoulingAnalysis atid
Control. In 'Future Industrial Prospects of
Membrane Processes', eds. L. CeWe and J. C.
Toussaint. Elsevier Appl. Sci., 234.
10. Zander, A. K, Semmens, M. J. and Narbaitz, R
M. (1989). Removirig VOCs by Mertibrane Stripping. J.
AWWA, Nov., 76.
11. Neplenbroek, A. M, Bargeman, D. en
Smolders, C. A. (1989). Geimrtiobiliseerde wloeistofnienibratien Iialeti nitraat uit grotidzoater. Chem.
Magazine oktober, 570.
12. Neplenbroek, A. M. (1989). Stabilig of
Supported Liqitid Mentbraties. Proefschrift UT.
13. Strathmann, H. (1989). Ecotiornical Ewaluation
of tlie Mettibrarie Teclitiology. In 'Future Industrial
Prospects of Membrane Processes', eds. L. Celille
and J. C. Toussaint. Elsevier Appl. Sci., 41.
...
Literatuur
1. Kramer, J. P., Wouters, J. W. en Kop, J. H.
(1989). Dytiasatidfiltratie. Mededeling van de
Vakgroep Gezondheidstechniek & Waterbeheersing nr. 3 1, TUD.
2. Huisman, L. and Kop, J. H. (1986). Rapid
jïltratioti, supplertierit. TUD.
3. Ives, K J. (1975). The Scierit$c basis offzltratioti.
Mathetnatical ttiodels of deep bedfiltration. Noordhoff
International, Leiden.
4. Herzig, J. P., Leclerc, D. M. and Le Goff, P.
(1970). Flow of susperisiotrs through porous tiedia applrcation to deep bedfiltratiotz. Industrial and
Engineering Chemistry, Vol. 62 no. 5.
Drinkwater- en afvalwaterbehandeling:
Tweedeling of kruisbestuiving?
Inleiding
Hoewel H 2 0 het gezamenlijke vakblad is
van afvalwater- en drinkwaterdeskundigen, blijft in de praktijk de
uitwisseling van kennis en informatie
tussen beide sectoren minimaal. Dit vindt
ongetwijfeld mede zijn oorsprong in de
verschillende historie en cultuur van beide
bedrijfstakken. In dit artikel zal echter
aangetoond worden, dat afvalwaterbehandeling en drinkwaterbereiding twee
loten zijn van dezelfde boom van de
waterzuivering.
PROF. DR. J. C. VAN DIJK
TUD/DHV Water BV
Het kan dan ook heel aantrekkelijk zijn
om eens van de ene tak naar de andere
over te springen en daar de vruchten te
plukken!
Overzicht zuiveringsprocessen
Afb. l geeft een overzicht van de meest
gebruikte waterzuiveringstechnieken.
De traditionele scheiding tussen drink- en
afvalwater ligt in het midden van deze
afbeelding; fysisch-chemische processen
worden van oudsher primair bij de drinkwaterzuivering toegepast, terwijl
biologische processen en slibverwerking
de kern van de afvalwaterzuivering
vormen. Toch vervalt deze tweedeling al
bij een afzonderlijke beschouwing van de
zuiveringsprocessen.
In de afbeelding is daarom voor ieder
zuiveringsproces aangegeven of het bij de
drinkwaterbereiding of bij de afvalwaterbehandeling wordt toegepast en in welke
mate. Zo zien we dat:
- beluchting/ontgassing bij beide bedrijfstakken op grote schaal wordt toegepast;
- vlokvorming van oudsher op grote
schaal bij drinkwater wordt gebruikt, maar
bij afvalwater in toenemende mate door
strengere eisen voor defosfatering;
- bezinking/flotatie bij beide bedrijfstakken basistechnieken zijn, bezinking
overigens meer dan flotatie;
- kristallisatie bij beide bedrijfstakken nog
relatief beperkt, maar in toenemende mate
toegepast wordt door strengere eisen voor
ontharding, defosfatering en verwijdering
van zware metalen:
- oxydatie/desinfectie primair bij drinkwater wordt gebruikt, maar bij afvalwater
in toenemende mate door strengere eisen
voor recreatie:
- snelfiltratie de klassieke drinkwaterzuiveringstechniek is, maar bij afvalwater
Samenvatting
De uitwisseling van kennis en informatie tussen drinkwater- en afvalwaterdeskundigen is in Nederland minimaal. Dit is onterecht, daar beide bedrijfstakken
gebruik maken van dezelfde zuiveringsprocessen en veel kunnen leren van
elkaars ervaringen. Overeenkomsten en verschillen worden toegelicht van de
toepassingen bij drinkwater- en afvalwatermivering van de volgende vijf
processen:
- beluchtinglontgassing;
- kristallisatie;
- sneifídtratie;
- adsorptie
- biologische N-verwijdering
Geconcludeerd wordt, dat de overeenkomsten tussen drinkwater- en afvalwaterzuivering groter zijn dan de verschillen e n dat beide bedrijfstakken veel te winnen
hebben bij een gezamenlijke aanpak van research, procesontwikkeling en
implementatie van waterzuiveringsprocessen.
steeds meer gebruikt wordt voor het
polijsten van effluent;
- adsorptie bij beide bedrijfstakken nog
relatief beperkt, maar in toenemende mate
gebruikt wordt voor de verwijdering van
organische stof en microverontreinigingen;
- membraanfiltratie bij beide bedrijfstakken nog weinig wordt toegepast.
Toch komen hierbij de toepassingen ook
dichterbij (deelstroomontzouting en
verlaging N03/S04 bij drinkwater,
verwijdering zware metalen en microverontreinigingen bij afvalwater).
Van de biologische processen zien we dat:
- aërobe zuivering de basistechniek bij de
afvalwaterzuiveringis, terwijl het bij
drinkwater in beperkte mate toegepast
wordt (langzame zandfiltratie, biologische
werking actieve koolfiltratie);
- anaërobe zuivering bij drinkwater niet
en bij afvalwater in beperkte mate
gebruikt wordt;
- biologische N-verwijdering bij afvalwater op grote schaal wordt toegepast; bij
drinkwater wordt nitrificatie, met name bij
grondwaterfiltratie, veelvuldig toegepast
Afb. l - ûvemicht
zuiveringsprocessen.
maar denitrificatie nog niet op praktijkschaal;
- biologische P-verwijdering bij afvalwater in toenemende mate en bij drinkwater niet toegepast wordt.
Slibverwerkingstechniekentenslotte
worden bij afvalwater op grote schaal
toegepast (ontwatering, hergebruik,
verbranden), terwijl dit bij drinkwater pas
van de grond begint te komen.
Dit simpele overzicht geeft al duidelijk aan
dat er geen sprake is van een tweedelig
tussen drinkwaterzuivering en afvalwaterbehandeling, maar dat dezelfde waterzuiveringsprocessen voor verschillende
toepassingen gebruikt worden.
Daarnaast is het evident dat de zwaartepunten met betrekking tot kennis en
ervaring verschillend liggen en dat de
beide bedrijfstakken daarmee een
opgelegde kans hebben om van elkaars
ervaringen te profiteren, temeer daar de
toenemende milieuvervuiling en strengere
eisen op het gebied van waterzuivering tot
een steeds grotere overlap gaan leiden.
Het behoeft geen betoog dat de drinkwaterervaringen met snelfiltratie van groot
Principe beluchti~ig/or~tgmsing
belang zijn voor de afvalwatersector,
terwijl omgekeerd de afvalwaterervaringen met slibverwerking essentieel
zijn voor de drinkwatersector!
Het zou interessant zijn alle zuiveringsprocessen gedetailleerd te bezien om
overeenkomsten en verschillen bij de
beide bedrijfstakken toe te lichten.
In verband met de beschikbare ruimte zal
in dit artikel slechts een vijf-tal processen
behandeld worden, te weten:
- beluchting/ontgassing;
- kristallisatie;
- snelfiltratie;
- adsorptie;
- biologische N-verwijdering.
Beluchting/ontgassing
Afb. 2 geeft het principe en de basisformules van beluchting/ontgassing.
We zien een grensvlak gas/water met
links in de gasfase een concentratie cg van
het betreffende gas. In de vloeistoffase
zien we een aanvangsconcentratie co, die
lager is dan de evenwichtsconcentratie c,
waardoor er transport van de gasfase naar
de vloeistoffase plaatsvindt zoals het geval
Afb. 3 - Berekerriiigen belucl~ti~ag/o~rtgassitig.
is bij de beluchting. Uiteraard kan het
gastransport ook in de omgekeerde
richting plaatsvinden, wat we dan
ontgassing noemen. Na een oneindige tijd
is in beide gevallen in de vloeistoffase de
evenwichtsconcentratie c, bereikt.
De basisformules van beluchting/
ontgassing zijn de wet van Henry (c, is
afhankelijk van c, en de stofgebonden
parameter kd), de wet van Fick
dc
(- is afhankelijk van de drijvende kracht
dt
cg - c, en een parameter k, die de mate
van grensvlakvernieuwing weergeeft) en
de massabalans (A c,= A c, x verhouding
luchtlwaterdebiet RQ).
Met behulp van deze basisformules kan
een oplossing afgeleid worden voor het
rendement K van een beluchter/ontgasser,
afhankelijk van het stromingspatroon
(meestroom, tegenstroom, ideale menger).
De afbeelding geeft de oplossing van een
ideaal gemengd systeem, waaruit blijkt dat
het rendement bepaald wordt door twee
factoren.
1. k,t (mate van oppervlaktevernieuwing
Afb.4h - &L/mnhI&hg.
x verblijftijd). Deze factor is apparaatgebonden en bepaalt de kinetiek van de
stofoverdracht (geeft aan in hoeverre het
evenwicht benaderd wordt).
kd
2. ,(Henry-coëfficiënt
gedeeld door
Deze factor is stofgebonden en geeft aan
in hoeverre de evenwichtsconcentratie
verschoven wordt door de stofoverdracht
(bijvoorbeeld bij het uitdrijven van een
vluchtige component in hoeverre
ophoping in de gasfase optreedt, waardoor
c, wordt verhoogd).
Afbeelding 3 geeft enkele relevante
illustraties van de basisformules van
beluchting/ontgassing.
In de eerste plaats is met behulp van de
formule voor een ideale menger uitgerekend wat de minimale lucht-waterverhouding moet zijn om bij verschillende
gassen (dus verschillende kd) een
rendement van 90% te bereiken (bij
oneindig lange verblijftijd).
Voor een slecht oplosbaar gas als O2
volstaat een zeer lage RQ, terwijl voor een
goed oplosbaar gas als CHC13 een zeer
hoge RQ nodig is.
Het is duidelijk dat dit grote
consequenties heeft voor de toepasbaarheid van verschillende typen beluchten/
ontgassers.
In de tweede plaats is met behulp van de
formule van Henry aangegeven wat de
verzadigingsconcentratieis van O2in
contact met atmosferische lucht (9,5 mg/l
zoals bekend), met lucht bij een druk van
10 atmosfeer (95 mg/l, van belang bij
putbeluchters) en in contact met zuivere
zuurstof (45 mgll).
Deze getallen zijn relevant om een beeld
te geven van de grote zuurstofbehoefte in
de afvalwaterbehandeling, waarbij
zuurstofbehoeftes van honderden mg/l
normaal zijn. Dit betekent dat een
dergelijke zuurstofbehoefte niet gedekt
kan worden met een enkelvoudige
beluchting, maar dat een continue procesvoering vereist is.
AR. 6 - Pntmpe kristallisatie.
-
De laatste tabel geeft de consequenties
van deze grote zuurstofbehoefte.
De minimale RQ om louter op basis van
de massabalans een zuurstofbehoefte van
500 mg/l te kunnen leveren, bedraagt bij
atmosferische lucht 1,8; bij lucht onder een
druk van 10 atmosfeer 0,2 en bij zuivere
zuurstof 0,4.
De afbeeldingen 4a en b geven praktische
voorbeelden van een aantal typen
beluchters/ontgassers en de toepassingen
bij drink- en afvalwaterzuivering.
Afbeelding 5 toont een fascinerend beeld
van het ontegenzeggelijk mooiste systeem
van beluchting, te weten cascades.
De gasoverdracht vindt bij cascades
primair plaats via meegezogen luchtbellen
in de cascadebak. Aangezien dit slechts
een geringe hoeveelheid is (RQ circa 0,4)
zien we het systeem alleen bij de drinkwaterzuivering en vooral voor het
inbrengen van 0 2 . Overigens kunnen
cascades ook gebruikt worden voor het
uitdrijven van het slecht oplosbare CH4 en
in mindere mate ook voor CO2 (door vele
trappen toe te passen).
Bij torenbeluchters vindt de gasoverdracht
plaats via het continu vormen van nieuwe
waterdruppels bij de val op het contactmateriaal. De RQ kan hier zeer hoog
gekozen worden waardoor het systeem
zeer geschikt is voor het uitdrijven van
goed oplosbare microverontreinigingen
zoals CHC13, tri, per e.d.
Toepassing vinden we vooral bij de
reiniging van verontreinigd grondwater,
zowel bij de waterleidingbedrijven als in
saneringssituaties.
Bij putbeluchters vindt de gasoverdracht
evenals bij cascades plaats via een geringe
hoeveelheid meegezogen of meegeperste
luchtbellen, zodat het systeem primair
geschikt is voor het inbrengen van 02.
Door de hogere druk is de evenwichtsconcentratie nu sterk verhoogd waardoor
het systeem zeer efficiënt is.
Toepassingen zien we zo\vel bij de drinlzwaterzuivering (ondiepe putten omdat de
zuurstofbehoefte beperkt is, Leidse en
Haagse put) als bij de afvalwaterzuivering
(zeer diepe putten, omdat de zuurstofbehoefte groter is, deep shaft en
multireactor).
Bij putbeluchters vindt de gasoverdracht
eveneens primair plaats via meegevoerde
luchtbellen in de waterfase.
Doordat continu verse lucht wordt
ingeslagen is de RQ bij opstelling in de
buitenlucht niet beperkend. Bij afdekking
van zuiveringsinstallaties dient een
gecontroleerde luchtverversing plaats te
vinden met een RQ van circa 5. Vanwege
de hoge efficiency en de continu procesvoering waarbij grote hoeveelheden
zuurstof worden ingebracht, worden puntbeluchters veel toegepast bij de afvalwaterzuivering.
Deze eenvoudige voorbeelden malzen al
Ajb. 8 - Kristallisatie ahakuater:
IR afhankelijkvan c,
MnC03
CdCh
CuCOsOH
ZnCWH
CoCOsOH
AI(OH)3
Fe(0H)i
Zr(OHk
BaCO
MnTeOs
Minder geordende kristalstructuur leidt tot waterinsluiting
en carry-over (microkristallen), afhankelijkvan:
1 Kristalliniteitzout
concentraties in het algemeen gebruik
gemaakt van een recirculatiesysteem.
Het metaalhoudende afvalwater wordt nu
in plaats van het chemicalie in de reactor
geïnjecteerd en opgemengd met
recirculaat, waardoor de concentratie
co
sterk daalt, bijvoorbeeld van c,, naar -.
10
In de reactor vindt dan een verdere
co
reductie plaats van -naar c,.
10
Afb. 7 - Onthardingsreactoren PS Leiduiti, GWAnrsterdatiI.
duidelijk dat de verschillende
toepassingen van beluchting/ontgassing
zeer goed verklaarbaar zijn uit de basisvergelijkingen en de eisen gesteld bij de
drinkwaterbereiding en de afvalwaterbehandeling.
chemisch evenwicht wordt benaderd
(c, - c,) bepaald wordt door twee
factoren:
- het specifiek oppervlak S (en daarmee
de fysische factoren in het gefluïdiseerd
bed v, L, 4, 4 ) ;
- het verloop van de drijvende kracht
(Ca x CO3 - k).
Deze laatste factor is zeer interessant en
verklaart onder andere het al meermalen
gesignaleerde verschijnsel dat bij een
diepere ontharding soms een lagere oververzadiging verkregen wordt (bij een
diepere ontharding is Ca x CO3 groter,
dus de drijvende kracht groter).
Kristallisatie
Afbeelding 6 geeft het principe en de
basisformules van kristallisatie van CaC03
zoals dit ontwikkeld is bij de drinkwaterzuivering (afbeelding 7).
Het water wordt zoals bekend in
opwaartse richting door een cylindrische
reactor (gevuld met zand) gepompt met
een zodanige snelheid, dat een
gefluïdiseerd bed ontstaat. Onderin de
Afbeelding 8 toont de toepassing van
reactor wordt door een verdeelconstructie kristallisatie bij de afvalwaterzuivering.
loog, soda of kalk gedoseerd, waardoor de In dit geval wordt door de hoge aanvangsvloeistof oververzadigd wordt met
A&. 9 - Verzameling korrel~notlsters.
betrekking tot CaCo3 en kristallisatie op
het entrnateriaal plaatsvindt.
De concentratie daalt van q, naar c,,
terwijl de korrels aangroeien van dl naar
d2.De basisformules voor kristallisatie zijn
het chemische evenwicht (weergegeven
door het oplosbaarheidsproduktK, en de
concentratie aan CO3-), de kinetiek van de
kristallisatie
dc
(- is afhankelijk van het specifieke
dt
oppervlak S en de drijvende kracht
Ca x CO3 - K,) en de massabalans die
weergeeft dat de A c uit de waterfase
omgezet wordt in korrelgroei (A d).
Deze basisformules zijn numeriek op te
lossen zoals onlangs in H 2 0 is
gepubliceerd [l].Zonder al te gedetailleerd
daarop in te gaan tonen de basisformules
al dat c, afhankelijk is van het chemisch
evenwicht en dat de mate waarin het
Het effluent met een concentratie c, wordt
voor een klein deel geloosd en voor het
grootste deel gerec&culeerd, waarbij in de
recirculatieleiding het gebruikte
chemicalie (vaak soda) gesuppleerd
wordt.
De recirculatieverhouding R is uiteraard
afhankelijk van de beginconcentratie c,,;
bij geconcentreerde stromen hoger en bij
verdunde stromen lager.
Inmiddels is gebleken dat het mogelijk is
om vele metalen en vele zouten met
behulp van de korrelreactor te
verwijderen en terug te winnen.
Afbeelding 9 geeft een aantal voorbeelden. Enkele frappante resultaten van
deze ontwikkelingen in de afvalwatersector zijn:
1. Het blijkt goed mogelijk ook minder
kristallijne zouten te verwijderen met
behulp van de korrelreactor. Zelfs bij
amorfe verbindingen als Cr(OH)3 en
Fe(OHl3 blijkt het mogelijk een relatief
compacte korrel te produceren, die dan
wel een minder geordende structuur heeft,
waarin circa 30% water ingesloten is en
die afschuringsgevoeliger is. Een Japans
onderzoek beschrijft zelfs een succesvolle
toepassing voor de vlokvorming/vlok-
Afb. 1Oa - Microscoopopname CaCo,-korrels (Inge SI).
Afl. ll -Luchtopname dt.fsfatetingsinstaIlatierwzi Westerbork, ZS Drenthe.
beïnvloed door de vloeistofsnelheid en de
turbulentie veroorzaakt door de bodemconstructie.
Zeer fraaie beelden geven de beide foto's
van CaC03-korrels (afbeelding 10a en b),
Afb. lob - Microscoopopname CaC03-korrels (hoge SI). die gevormd zijn bij lage en hoge oververzadiging.
verwijdering bij oppervlaktewater waarbij Duidelijk is te zien dat ook bij het
kristallijne zout CaC03 een minder
goede compacte korrels met een drogegeordende korrelstructuur ontstaat bij
stofgehalte van circa 30°h worden
hoge oververzadiging. Dergelijke korrels
verGegen. Kennelijk is het enorme
die bij de vorming van minder kristallijne
contactoppervlakvan het entzand zeer
gunstig om een compacte structuur van de zouten heel gewoon zijn, leiden tot carryover van micro-kristallen en verhoogde
kristallen/vlokken te bereiken.
2. Een minder geordende kristalstructuur troebeling na koken.
Tenslotte geven de afbeeldingen 11 en 12
leidt tot waterinsluiting en carry-over
een tweetal illustratieve voorbeelden van
(afschuring van micro-kristallen).
toepassingen van de korrelreactor bij de
Dit wordt beïnvloed door de mate van
afvalwaterzuivering.
kristalliniteit van het zout (CaC03 sterk
Afbeelding il toont de defosfateringskristallijn, Fe(OH)3 sterk amorf), maar
installatie op de rioolwaterzuiveringstevens door de mate van oververzadiging
installatie te Westerbork en afbeelding 12
SI (hogere SI leidt tot minder geordende
een schema van de toepassing van de
kristalstructuur). De afschuring wordt
Afi. 12 - Toenassinakorrelreactor ravonlndustre.
korrelreactor voor hergebruik van Zn bij
de rayonindustrie. De rayongarens
worden gesponnen in een zuur bed van
ZnSO*. De uitsleep uit dit bad wordt
behandeld in de korrelreactor, waarbij
korrels van Zn5(C03)20H6gevormd
worden. De geproduceerde korrels
kunnen hergebruikt worden in de
primaire zinkindustrie, door ze samen met
het ZnS-erts te roosten in de oven.
Het geproduceerd roostgoed ZnO dient
als grondstof voor de elektrolytische zinkproduktie en kan daarnaast ook zeer goed
als entmateriaal voor de korrelreactor
gebruikt worden, zodat een directe kringloop ontstaat.
Deze kringloopgedachte heeft bij alle
toepassingen van de korrelreactor vooropgestaan vanaf de oorspronkelijke
ontwikkeling door GW Amsterdam.
Snelfiltratie
Afbeelding 13 toont het principe en de
Afb. 13 - Princife snelfilratie.
basisformdes voar snelfiltratie. Bij doorstroming van het fiterbed daalt de
concentratie van de zwevende stof van q
naar c, terwijl de dnikval toeneemt door
het VerStbppen van de p0ri.I~De basisvergelijkingen zijvoor fitratie
H
= -c
)s), terwijl de massabalans
HO Q, - 0 ,
beide vergelijkingen aan elkaar koppelt
(A c leidt tot As).
De filtratievergelijkingenkunnen zowel
analytisch als numeriek opgelost worden,
waarbij dan drukval en effluentconcentratie c, uitgerekend kunnen
worden als functie van:
1. hfluentsamenstelling e ~ g,, T, n
2. ontwerpgrondslagenv, d, L,
Een probleem is vaak dat de parameters Q
en n niet gemeten kunnen worden.
Dit betekent dat ralibratie met behulp van
praktijkmetingen nodig is, waarvoor pilot
plant onderzoek wordt uitgevoerd.
Afbeelding 14 geeft een frappante
overeenkomst tussen de snelfiltratie van
drinkwater ën afvalwater.
Het betreft de Fe-filtratie bij PS Kralingen
en rwzi Beekbergen (vlokkingsfitratie na
simultane defasfatering). Ondanks het feit
dat in het ene geval Fe(OIQ3gefiltreerd
wordt en in het andere geval FePOp/
Fe(OW3 blijken de resultaten zeer goed
vergelijkbaar.
Afbeelding 15 geeft de resulterende
drukopbouw ais h a i e van de toegepaste
Fe-belasting bij de filters van Kralingen en
Beekbergen. Het blijkt dat de resultaten
van Kralingen (waarbij de filters gespoeld
worden bij een drukverlies van 1,5 mH,O)
zeer goed passen tussen de resultaten van
Beekbergen (waar een veel grotere
va~iatiein Fe-belasting en dirukval is
onderzocht).
Kennelijk zijn de verschillen tussen de
drinkwaterbereiding en de afvalwaterbehandeling ook wel eens merkwaardig
klein.
(-
@@
Actief koalfiltpatte
Afbeelding 16 geeft het principe en de
basisverglijkingen van actieve koolfiltratie.
Bij doorstroming van h a futerbed daalt de
concentratie van cf, naar c,waarbij zich
een beladiisfrrrnt instelt dat bij
toenemende looptijd steeds dieper in de
kool doordringt en uiteindelijk tot de
geschetste doorslagcurve leidt.
De basisvergeiijkingen van actieve kooI
zijn de isotherm van Freundlich
(q =ken), de stofoverdrachrskinetiekvan
Bohart-Adams (doorslagcurve wordt
beschreven via een stofoverdrachtsparameter NTU, en een dimensieloze
parameter die het behandelde aantal
bedvolumina weergeeft) en de massabalrins die de A c koppelt aan A q.
De basisvergelijkingen zijn numeriek
oplosbaar, waarbij het maximale aantal
bedvolumina en de effluentconcentratiec,
berekend kunnen worden ais functie van
1. influentsamenstellimg b component
0 G n . m
2. ontwerpgrondslagen r, kool
K n, NTU)
Een probleem is vaak dat de parameters
R, n en NTU sterk afhankelijk zijn van de
belasting met andere componenten en de
mat&van biologische activireit in het koolater. Dit betekent dat calibratie met
behulp van praktijkmetingen nodig is,
waarvoor vaak pilot plant onderzoek
wordt uitgevoerd.
Afbeelding 17 illustreert het meest
opvallende verschil msen de toegassin$
Hyphonzicrobium bacteriën gevormd wordt
die een circa 2 x hogere denitrificerende
capaciteit heeft dan de populatie die onder
vergelijkbare omstandigheden met
synthetisch afvalwater gevormd werd.
Uit deze beschouwingen over biologische
N-verwijdering kunnen we concluderen
dat ook bij dit proces de verschillende
toepassingen goed verklaarbaar zijn uit de
basistheorie en dat het zeer interessant is
om uit de ervaringen in beide bedrijfstakken lering te trekken.
Besluit
Zoals de gepresenteerde voorbeelden
duidelijk maken, zijn de overeenkomsten
tussen drinkwater- en afvalwaterzuivering
groter dan de verschillen.
Beide bedrijfstakken hebben daarom veel
te winnen bij een gezamenlijke aanpak
van research, procesontwikkeling en
implementatie van waterzuiveringsprocessen.
r?fb. ZO - Luclitopìia~~re
aërobe ziriveritig BASF Lirdtuigshaferi (14 ai3/s).
Literatuur
1. \Vilms, D. (1989). Otitliarditignterloop iti eet1
korrelreactor; kwaìitificerUigvati de irrvloed vati procesvariabeleti. H 2 0 (22), 1989, nr. 20, p. 628-632.
NO3 - verwijdering in een gefiuidiseerd bed
1b
Om uitvtamhg min de M c e r e n d e
b r i h met het spui&% te v~orkomen,
moet de d i e f t i j d groter zijn dan de
s n ~ i h c o t i s mvan
e de wename vveui
de nisrif~cwxdemk=die a.fhhin$eU$ yrm T,
p H en 02-concentratk eira 5-14; dager1
bedraagt, D
i
t bp,tek*entdat-dtnficatie
alleen bij zeer laag belaste systemen
gegarandeerdis.
In dergeke 8ymmen kan dan tevens
denitrificatie gemlkeerd worden door het
rawe &dw;1rer [de subsua~tbron)In
conmt re brengen met
geniwificemde water. Hierbij is gebhAcen
d ~det biicteriepopu~eeven goed in staat
h om Nt&-zuur$tsf als lucht-~nmt~f
te
gebmiken som de afbraak van de
organische stof, zodat verwijderingvan N
en benparing op OF-verbruik in &n klap
&er-eakeerdwordt.
Uiteraad is het oak mogelijk - en voor
dr~atertoepasinigenmeet inter~saat
- om NOi3biologisch te denieificerenmet
behulp van een externe C-bron, zaak
mahaml In dit -p%lvolgt het verbruik
uit de stoechiometrischeverhouding,
w k j l de sEbaan@Dei circa 30%van de
subsmtdogerhg blijkt te bedragen.
Em inrerman't verg&~ken8onderzoek
vari bidogische deniaIfirntic: bij Mwa$a- en drhbate~omandighedenis
uitgewoerd door Timmermaas vatl de
EX Leuven. Eiij heeft gevonidea dat bij
e~íìg t 2 ~ k a d
$Eb3zod8 @~bdkt
in
~ydaiiesloten~
de maximale afbraaksnelheid 09-4g N@d bedroeg en de
vexdte CODA?-yrerhond'i~sUca 10.
Bij een systeem met gescheiden slib,
wawbjj gescheiden populaties
nitfïficeerders en denitrifiiceerders
gevond warden, blijken de resultaten
gunstiger. E
B
i
jeen praef m& een
@ui&emd bed met h e r i n g van
rneuimI werden de meeste gunstige
resultaten bereikt. Dit w r d t bwestigd in
afl,eelding 21, waarbij bU&t dat met
rn&mol als substraat een n4nculrnur mm
.
Toepassingen van het dynamisch reken- en simulatiemodel DYNASIM,
deel I
Inleiding
Dit artikel is een vervolg op een tweetal
eerder gepubliceerde artikelen [lit. l en 21
die handelen over de ontwikkelingen van
het dynamisch reken- en simulatiemodel
DYNASIA~bij Gemeentewaterleidingen te
Amsterdam, afdeling Distributie, sector
Ontwikkeling.
In de genoemde artikelen werd uitleg
gegeven over de theoretische achtergronden en de opbouw van het programma; in zeer summiere vorm werden
oolz toepassingsmogelijkheden aangegeven met zeer eenvoudige testnetten.
IR. J. COHEN
Hoofd Onnvikkeling Distributie
Gemeentewaterleidigen
b
Amsterdam
De toepassingsmogelijldieden zijn ruim.
Om dit te illustreren wordt in dit artikel
verder ingegaan op het gebruik en de rol
van het programma hierin. Hiervoor
zullen achtereenvolgens in dit deel enkele
beschouwingen op een testnet, genaamd
'H20' worden behandeld, waarna in deel
I1 ijlzresultaten en een toepassing op een
werkelijk net worden behandeld.
Eén en ander illustreert de mogelijkheden
van DI WAS IA^ in brede zin voor zowel
kwantiteits- als lzwaliteitsanalyses.
Centraal staan de te kiezen invoer- en
rekenstapgrootten in relatie tot de
verschillende hiërarchische niveaus.
Illustraties op testnet HzO
Alvorens naar de ijkfase en de toepassingen is overgegaan, is veel aandacht
gegeven aan het testen van de programmatuur. De testfase is niet alleen uit-
Samenvatting
Dit artikel geeft een beschouwing van enkele toepassingsmogelijkheden van het
reeds eerder beschreven dynamisch reken- en simulatiemodel DYNASIM.
Achtereenvolgens worden behandeld: enkele illustraties op een testnet, enkele
ijkresultaten op een transportnet en op een distributienet en tenslotte een
toepassing op een stadsuitbreidingsgebied.
Centraal bij de berekeningen staat de keuze van invoer- resp. rekenstapgrootten
in relatie tot de verschillende hiërarchische niveaus.
gebreid geweest maar oolz met grote
zorgvuldigheid uitgevoerd. De doelen van
de testfase waren velerlei; zo konden
onderstaande vragen beantwoord worden:
Functioneert het geheel naar behoren, en
voldoet een en ander aan het gestelde
pakket van eisen?
Voldoen de antwoorden op bepaalde
toepassingssituaties aan het verwachtingspatroon?
Zijn de in- en uitvoerstructuren goed
gelzozen?
Is de uitvoerpresentatie overzichtelijk?
Hoe is de gebruikersvriendelijkheid?
enz.
De testresultaten lenen zich ook goed
voor het illustreren van de vele opties van
de programmatuur.
De configuratie van het testnet is gegeven
in afb. 1. Dit is uitgevoerd in een tweetal
varianten namelijk H 2 0 'GROOT' en
'klein' waarbij de extensie het onderscheid
aangeeft in grootte van de buismiddellijn.
Zo is H 2 0 'GROOT' een weergave van
het 'primair-' en 'regionaal' niveau, terwijl
H 2 0 'klein' een weergave is op het
leveringsniveau, en er overeenkomstig de
werkelijkheid hier geen watertoren aanwezig is. De dimensies van H 2 0 'klein'
zijn eveneens vermeld in afb. l. Ook staan
de algemene gegevens, zoals totale
instroomhoeveelheden en totale afnamen,
in deze afbeelding getekend.
De configuratie van dit testnet is zodanig
gekozen dat enerzijds de mogelijke opties
van het programma kunnen worden
getest, terwijl anderzijds de overzichtelijkheid gewaarborgd blijft. Het betreft een
vermaasd netwerk waarin naast de watertoren ook twee (tijdgestuurde) afsluiters,
in buis 2 en 10, zijn opgenomen. De twee,
aanvankelijk in grootte gelijke instromen
op de knopen 2 en 4, zijn afkomstig van
pompen die ver buiten de beschouwde
systeemgrens zijn gesitueerd. Als zodanig
zijn de instromen als bekende volumestromen te beschouwen.
Een aantal opties van de programmatuur
worden hier beschreven; hierbij wordt
uitgegaan van de gekozen situatie die niet
meer dan een illustratieve betekenis heeft.
lood
7- - - - ,A=
-20.0; - 0.0
-,-6.0
12.0
tijd [uur]
18.0
24.0
Afb. 2 - Druk itr relatie nzet watertoreriopperulakA.
A@. 1 - Testtiet H90 »iet gegeveris.
Aanbl letdlngen
Aanlal knopen
Aanlal instromen
Aantal alnamen
Aanlal watertorens
Aantal alrluilers
Oppervlak waleitoren
Ncl mhoud
i
7
4
-
Instrmm l
bfiiame
Instroom I1
Afname
Walerlor~n
Instroom/af n a m e
7000.
1
-11
5
l
4
lengle
I
3
5
6
7
10
7
2
2
I
2
200 m2
14561.6 m3
l
2
3
4
5
6
7
8
9
l0
100
4W0
5500
I W
4500
55W
32M)
3350
3600
3750
k-waarde
(m)
OW02
OW02
OW02
OW02
OW02
OW02
OW02
OW02
O W 2
OW02
GROOT KLEIN
dlameler djarneler
(m)
(m)
100
O15
085
0125
082
O1
I W
O15
055
015
070
O1
080
012
080
016
080
012
080
016
o.
I
!
0.0
6.0
12.0
tijd
[uur]
18.0
24.0
Dat wil zeggen 'niet overeenlzomt' met de
werlíelijlzheid (zoals bijvoorbeeld de
extreem lage drukken in afb. 2, die in
werltelijlzheid niet voor zullen komen; het
gaat hier om een hypothetisch voorbeeld!)
Allereerst een viertal mogelijkheden met
alleen het basis hoofdprogramma uum,
gevolgd door d e mogelijkheden die QUALI
biedt:
- invloed van de watertorencapaciteit;
- verandering instroomverdeling;
- gebruik afsluiters;
- samenvoegen van buizen;
- reistijden en trajecten;
- invloed van d e impulsterm op
leveringsniveau.
Invloed van de watertorencapaciteit
Gekozen zijn een drietal grootten voor het
watertorenoppervla1 A (m2) waarmee de
A
torencapaciteit C = -is bepaald.
i-g
is de soortelijke massa welke
1.000 kg/m3 bedraagt).
(c
Afb. 2 geeft het berekende drukverloop in
knooppunt 3 afhankelijk van de torencapaciteit. De verwachting, dat een grotere
-
0
0.0
.
2
6.0
-
A
12.0
tijd
18.0
24.0
[uur]
Alfb. 4 - Effectiristiaoiirruijzigi~~g
op srrelheid iri biiis 9.
Samenvoegen van buizen
Voor het kunnen verkleinen van het
aantal buizen en knopen en daarmee het
vereenvoudigen van een netwerk is het
samenvoegen van zowel parallelle als van
seriële buizen een mogelijkheid. De hierdoor te bereiken dimensieverldeining van
d e toestandsvector. waarin de buisstromen
zijn opgenomen, betekent een (aanzienlijke) relzentijdverkorting. Voorwaarde is
dat dit op een zodanige wijze gebeurt dat
de stroming in het net 'hydraulisch
equivalent' blijft. Om aan deze eis te
voldoen moet voldaan worden aan d e
volgende rekenregels:
bedraagt. Instroom I is hieraan aangepast
zodat de totale levering aan het net weer
gelijk is (zie afi. 3).
De berekende snelheden in buis 9 zijn
weergegeven in afb. 4.
Serie:
Geheel volgens het verwachtingspatroon
is de snelheid in bijvoorbeeld buis 7 hoger
door de hogere instroom I. D e snelheid
in buis 9 is daarentegen lager en verandert
een aantal keren van stromingsrichting.
Het water pendelt als gevolg van een
geïntroduceerde stagnatiezone in de
desbetreffende buis.
Waarin index v de vervangende buis
voorstelt en j = 1 . ... . n het aantal te
vervangen buizen. Verder is D d e middellijn, L de lengte van de buis en A d e
weerstandswaarde volgens Colebroolí.
Het facultatieve hulpprogramma
X~EEI<S.I.~\ND
[lit. l] bevat een algorithme
voor het samenvoegen van de buizen.
4000.
3000.
10.0
INSTR . II : 25%
/-.
l
O. i
0.0
:u.
l?..
....................
...
\,--\-
i
6.0
Afslurter open
Afsluiter dcht
12.0
tijd
18.0
24.0
[uur]
capaciteit een vlakker verloop van de
drukhoogte geeft, komt overeen met de
berekeningsresultaten.
D e Ideine drukhoogtetoename tussen
06.00 en 10.00 uur is het gevolg van het
positieve verschil tussen instroom- en
afnamehoeveelheid. Daardoor wordt de
toren gevuld, d e drukdaling na 10.00 uur
is een gevolg van de grotere afname.
Een dergelijk drukverloop wordt ook
gevonden op afnameknoop 6.
Voor d e verdere beschouwingen wordt
een oppervlak A = 200 m2 aangehouden.
Verandering stroomindeling
Om de gevolgen van een wijziging van d e
instromen (zie afb. 1) te onderzoeken is
instroom I1 zodanig gewijzigd dat deze nu
circa 25% van z'n oorspronkelijlze waarde
10.0
4
0.0
l
6.0
12.0
tijd
18.0
24.0
[uur]
Gebruik afsluiters
De afsluiters Al, in buis 2 en A2 in buis 10
zijn respectievelijk gedeeltelijk en geheel
dichtgezet (de oorspronkelijke volumestromen van d e instromen zijn weer
toegepast). Voor de hier getoonde afbeeldingen geldt dat van 06.00 tot 12.00 uur
beide afsluiters geheel dichtgezet zijn, met
een herhaling van 15.00 tot 20.00 uur.
In d e tussenliggende perioden staan d e
genoemde afsluiters geheel open.
De gevolgen voor het drukverloop in
buis 7, bij open- en dichtstand, zijn
weergegeven in afb. 5.
De snelheidsverhoging in buis 7 wordt
verklaard doordat de gehele volumestroom van instroom I nu over slechts
twee afvoerende buizen 6 en 7 verdeeld
wordt.
tijd
[uur]
Het testnet is nu enigszins veranderd,
namelijk door een extra buis 11 welke in
serie of parallel met buis 2 loopt (zie
afb. 6). Tevens zijn in deze afb. d e
algemene buisgegevens weergegeven.
Het resultaat van de parallelsamenvoeging
wordt weergegeven in afb. 7, waarin naast
d e afzonderlijke buislzaralzteristieken, van
d e buizen 2 en 11, tevens de vervangende
weerstandskarakteristiek is gegeven voor
d e vervangende buis '2 p 11'.
Na d e samenvoeging van de buizen is de
eerder genoemde hydraulische equivalentie bereikt. Bij het 'handmatig' samenvoegen van buizen vereist dit naast kennis
en inzicht in het functioneren van een net
veel tijd en inspanning om tot redelijke
schattingen van weerstandswaarden te
SAMENVOEGEN LEIDINGEN
1
1
51-1
4
4
1
L = 6WO
bus 1 I
buil
m
D=040.6m
L = 4MX) m
D=0650m
=OW2 m
2
k-arde
I
1
Ajù. 6 - Veranderd testtiet.
komen. Het (grote) voordeel van
bovenomschreven, geautomatiseerde,
methode is niet alleen de te behalen
korting van de rekentijd, maar vooral de
handhaving van de volledigheid van het
24.00 uur), de totale netdoorstromingen
bepaald (gemiddelde verblijftijden). Afb. 8
toont de cumulatieve frequentieverdelingen (CFV) voor deze willelzeurig
gekozen instroomtijdstippen.
Analyse van de afbeelding leert dat de
doorstroming vóór 08.00 uur bijzonder
goed is. Op dat moment zijn er weinig
trajecten in het net. De totale ingestroomde hoeveelheid heeft binnen vier uur het
net verlaten.
Geheel anders ligt dit voor de drie andere
instroomtijdstippen. Hier vertonen de
CFV's duidelijk de invloeden van meer
stromingstrajecten vanaf het instroompunt
naar de afnameknopen. Het gevolg hiervan is dat ook de gemiddelde reistijden
groter worden. Met name zijn dit de
trajecten vanaf instroomlaoop 5 naar
afnameknoop 6. De grote spreiding in
minimum en maximum reistijd wordt
voornameliik veroorzaakt door het doorlopen van de watertoren. Tabel I toont de
uitvoer van enkele trajecten, waarin de
watertoren is opgenomen.
00
00
Inatmom B uur
trajacten
100.0
100.0
BO.0-
80.0-
60.0-
00.0-
Y 509
E 5 v
w.0-
20.0-
,
6
,
, ,
, ,
s
00
5
3
Reistijd
uur
Fractie
1
5.15
43.6337
Trajecten van het nenverk h20g
instroomtijdstip: 14.00 uur (KEISAIEE)
[Ofol
,
,
1 0 1 IQSllm
6 2 0 2PU
5R
3] 0 3 , 4 0 &
00
Initroorn 21 uur
trajactan
Inmtroom 18 uur
trajactan
100.0
95
w.0-
r
u
00.0-
50
P -
40.020.0-
20.00.0,
O
,
6
,
10
1
,
,
l6 20 26
,
,
30 36
,
40 46
mmm RIJ
Afb. 8 - C~~»t~riiatieve
freqz~e~~tieverdelitigeri
berekend tnet
TABEL I - Stro~ait~gstrajecterr
vati ktloop 5 traar ktiopett 3 eti 6.
Tra.
nummer
6
1 m.0
,
leidingnetwerk. Immers in principe wordt
er niets verwaarloosd.
Aan.
knoop
0.01
O
i
1 0 1 IEIEIiIIJD
6 2 0 1PU
6R
3] 0 3 5 4 0 4 6
Afi. 7 - IVeerstandkaraktetistieken.
Reistijden en trajecten
Ook het facultatieve hoofdprogramma
QUALI [lit. 21 wordt geïllustreerd aan de
hand van dit testnet. De invoertijdstapgrootte is voor dit programma op
5 minuten gekozen op de continue uitvoer
van DYNA.
Met REISAIEE, een deelprogramma van
QUALI, zijn voor de vier instroomtijdstippen (08.00, 14.00, 16.00 en
r,,
40.0-
40.0-
0.0,
O
r
L
95-
95-
In.
knoop
hatroorn 14 uur
trojacbn
Leidingen en watertorens in het traject.:
leiding w.: watertoren
4
3
,
0.0,
O
6
,
,
,
,
,
,
i
1 0 1 6 P 1 6 3 0 S 4 0 &
mmm tuml
~ ~ I S ~ I I ~ E 'H20
V O OGROOT.
~
Verder valt op dat een aantal stromingstrajecten meerdere keren door de watertoren lopen, hetgeen de (zeer) grote reistijden verklaart. Hieruit blijkt duidelijk dat
de locatie van een reservoir in werkelijkheid goed gekozen dient te worden!
Met het deelprogramma REISTEGEN van
QUALI zijn de ontvangsten van het water in
de afnameknopen berekend. Afb. 9 geeft
onder andere voor afnameknoop 3 de
CFV voor het willekeurig gekozen
aanlzomsttijdstip 18.00 uur, waarbij dan
tevens de reistijden en de herkomst van
het water voor dat moment wordt weergegeven.
Opvallend is ook de zeer smalle
spreidingsband van de reistijden voor de
nachtelijke periode van 00.00-6.00 uur
(zie 3 uur). Daarentegen is de band voor
de dagperiode breed, zie bijvoorbeeld op
tijdstip 18.00 uur. Dit is een direct gevolg
van de grotere afnamen, dus van het
hogere stromingsniveau, dat meer
stromingstrajecten door het net
veroorzaakt.
Invloed van de impulsterm
De dominante rol die de impulsterm [zie
lit. l ] op het 'leveringsniveau' kan spelen
wordt geïllustreerd aan de hand van H 2 0
'klein'. De keuze van de leidingafmetingen
is nu zodanig dat deze overeenkomt met
de dimensies op het leveringsniveau, de
middellijn bedraagt ca. 0,l-0,16 m. (Zie de
tabel in afb. 1 onder 'klein').
De impulsterm Ip in de vergelijking voor
Ia> overheerst
het drukverlies Ap = R,p
op dit niveau, dit is een direct gevolg van
de vertragingen en versnellingen van de
buissuomen doordat het afnamegedrag
sterk fluctueert. Dit gecombineerd met
een zeer lage gemiddelde snelheid
(rondom de nul) maakt dat de wandwrijvingsterm R,,@ nu een ondergeschikte rol kan spelen. Dit is nu juist
van belang voor lwaliteitsbeschouwingen
op het leveringsniveau, daar hier pendelende stagnatiezones voorkomen, mede
als gevolg van sterk vermaasde netten of
+
tt~d [uur]
Afb. 10 - Sirlrulatie cri rlretirig sriellreid op Iweriiigsirivea~r.
een slechte netconfiguratie. Voor simulatie
op leveringsniveau speelt de impulsterm
een niet te verwaarlozen rol!
In het testnet is ook de watertoren
weggelaten zodat de gemiddelde instroom
gelijk moet zijn aan de gemiddelde
afname. Op het leveringsniveau zuilen,
vanwege het frequent variëren van de
afname, ook de stroomsnelheid en
-richting sterk wisselen. Om deze variaties
te simuleren, wordt een 'ruissignaal', door
middel van een zgn. 'random signaal' op
het gemiddelde afnamepatroon gesommeerd. Zie afb. 10, waar een gesimuleerde
en een werkelijke snelheid zijn afgebeeld.
Uit het berekeningsresultaat van de rol die
de impulsterm hier speelt, volgt dat het
percentage van het drukverlies ten gevolge van deze term aanzienlijk kan zijn.
Dit is in afb. l I procentueel weergegeven
voor dezelfde buis. Door het sterk
fluctuerende verloop van de snelheid en
de zeer grote snelheidsveranderingen in
korte tijdsintervallen is ook de term p zeer
wisselend van grootte.
Ook blijkt uit de berekeningen dat zodra
de gemiddelde snelheid weer toeneemt,
het procentuele aandeel van de
Afb. 9 - Herkot~~st
e11 reistrjde~zvoor aa~rkor~rste~i
r11 k~ioop3.
relatIJden
60.0
rn.xtmum
60.0
-z
B
"."
ganlddeid
30.0
100.0-
_
c.f.v. aankornattlJd 18 uur
52 X Instroom I en 48 f ; Inatroom 11
I
10.0-
60.0-
L(
40.0 20.0
10.0
0.0
mlnlmmn
-
20.0-
0.0
o
3
r ' o r ' 6 & & & ; s & t b b o
Afb.11 - i+oce~ittteiegrootte valt rrripirlsterr~ri11 buis 10
H z 0 'klei~i:
impulsterm afneemt en de wandwrijvingseffecten weer zuilen gaan overheersen
(RW). Bij snelheden > 0,2 mis, domineert
deze dukverliesterm! Als voornaamste
conclusie kan dan ook gesteld worden dat
voor beschouwingen op de leveringsniveaus de tijdstapgrootten voor invoer
respectievelijk voor het rekenen hierbij
aangepast dienen te zijn. Dit betekent
concreet dat deze niveaus doorgerekend
moeten worden op een invoerbasis van
circa 5 min. of kleiner, met aangepaste
rekenstap. Met name indien kwaliteitsbeschouwingen, zoals trajectbepaling,
reistijden en kwaliteitsparameterveranderingen over stromingstrajecten
in een net geanalyseerd worden.
'
Conclusies uit de testfase:
Uit de uitgebreide testfase op diverse
testnetten, waar hier een aantal gebruikersmogelijkheden zijn getoond, zijn
als voornaamste conclusies te noemen:
- Het geheel van programmatuur is
ontwikkeld tot een bruikbaar stuk gereedschap, dat toegepast kan worden zowel op
macro- als op microschaal (van primair-
u n m o PUR]
Vemolg op pagina 59.
Toepassingen van het dynamisch reken- en simulatiemodel DYNASIM,
deel I1
IJkresultaten
Na de uitgevoerde testberekeningen
(beschreven in deel I), zijn uitgebreide
ijkings- en validatieberekeningen uitgevoerd. Volstaan wordt hier met het
noemen van enkele ijkresultaten op het
transportnet Leiduin-Amsterdam en op
het distributienet op regionaal niveau te
Arnsterdam-Noord. Voor de ijking op
primair niveau is het transportnet
Leiduin-Amsterdam gekozen omdat het
hier een tamelijk oud net betreft waarvan
de gegevens van leidingen, materialen,
dimensies, appendages, en dergelijke vrij
h
IR. J. COHEN
Hoofd Ontwikkeling
Distributie
Gemeentewaterleidingen
Amsterdam
goed gedocumenteerd zijn (zie afb. 12).
Dit transportnet verzorgt de aanvoer van
ca. 2/3 deel van de drinkwaterbehoefte
van de stad Amsterdam. De bronnen van
deze Rivier-Duinwaterleiding zijn de
rivier de Rijn en het neerslagwater op het
duingebied.
De beschreven ijkperiode is uitgevoerd in
het weekend 5 t/m 7 juni 1987, omdat
gedurende deze periode voldoende
variaties in de levering optraden. Voor het
uitvoeren van de ijking zijn zowel
snelheidsmeters als árukopnemers
geplaatst. Uit praktische overwegingen,
gerelateerd aan de gevaren voor onderbreking van de drinkwaterlevering, werd
dit aantal gelimiteerd tot slechts enkele
(wel voldoende).
Bijkomende redenen om dit net te kiezen
voor het uitvoeren van een ijlring waren:
- de aan dit net toegevoerde respectievelijk onttrokken hoeveelheden en de
reservoirhoogten in de stad zijn goed
bekend. De instroom geschiedt door de
geregistreerde verpompte volumestromen
afkomstig van de pompstations te Leiduin
I en 11. De afnamen uit dit net zijn de door
de distributiepompstations verpompte
(gevraagde) hoeveelheden, namelijk de
pompstations Osdorp, Haarlemmermeer,
van Hallstraat en Amstelveenseweg.
Deze leveren de gevraagde hoeveelheid
drinkwater in de stad. Ook deze volumestromen zijn geregistreerd (zie afb. 13);
- de drukverliezen zijn significant als
gevolg van de grote lengten van de
leidingen en behoorlijke snelheidsniveaus
(max. tot ca. 0,5 m/s);
TRANSPORTNET
LEIDUIN -AMSTERDAM
Samenvatting
In dit artikel worden behandeld
enkele ijkresultaten op het transportnet Leiduin-Amsterdam en een
distributienet en tenslotte een
toepassing op een stadsuitbreidingsgebied.
Centraal bij de berekeningen staat
de keuze van invoer- respectievelijk
rekenstapgrootten en irrelatie tot de
verschillende hiërarchische niveaus.
- het is een volledig netwerk met
reservoirs, afsluiters en verschillende
leidingmaterialen;
- de rol van de impulsterm is hier niet
van (grote) betekenis daar het stromingspatroon niet sterk fluctueert. De wandwrijvingstermen domineren op dit
primaire niveau.
Samenvattend kan gesteld worden dat dit
net zich goed leent voor gecontroleerde
ijkmetingen, waarbij als enige onbekenden
de weerstanden afkomstig van wandwrijvingsverliezen aanwezig zijn (later is
de moeilijkheidsgraad in stappen
vergroot).
De schatting van de wandruwheid is
aanvankelijk gebeurd op basis van
literatuurwaarden [lit. 31 voor schone
leidingen. De gekozen waarden waren
voor de voorkomende materialen:
- gietijzer k = l mm
- staal
k = 0,7 mm
- beton k = 0,4 mm.
Instroom Leiduin
Afname Amstelveenseweg
-
Whh 1+1
' .m16
I
J
«a0.
Zma.
Omdat het hier gaat om lange stukken
1ma
oude leidingen, waarin in de loop der
jaren aan de binnenwand deklagen zijn
O.
opgebouwd met bijbehorende wandruwna [UUR]
heden, moesten deze waarden aangepast
worden. Dit is gedaan met het hulpAfname van Hallstraat
Afname Haarlemmermeer en Osdorp
programma SCHAT [lit. l]. Dit hulpI
&
programma minimaliseert, volgens de
kleinste kwadratenmethode, de som van
de verschillen tussen de gemeten en de
berekende waarden v~or~res~ectievelijk
drukken en volumestromen. De uiteindelijk gevonden waarden liggen in een
gebied met correcties van 1-1,5 maal de
oorspronkelijke weerstandswaarden.
Het leidingnet is geschematiseerd tot
'schema A' (afb. 14). Dit is gekenmerkt
door het feit dat alle leidingen hierin zijn
opgenomen. Dit leidt tot een netwerk met Afb. 13 - Irrstroot~ren ajîiamerr o) 6-6-1987 trai~sportrrctLeiduirr-Arnsterdarn.
96 knopen en 144 leidingen.
De mate van overeenstemming en vooral
In dit schema zijn ook de meetlocaties
absolute afwijking ca. 1 mwk. Dit geldt
opgenomen voor druk en volumestromen. het tijdsafhankelijke verloop is opvallend.
echter voor slechts één knoop en slechts
(Dit is bereikt na correctie van weervoor enkele korte perioden over het
IJkresultaten
standswaarden met het hulpprogramma
etmaal, waarbij de afwijking consequent in
Ter vergelijking van enkele berekende en
SCHAT). Validatie voor een geheel ander
één richting is (de berekende waarde ligt
gemeten waarden voor zowel druk- en
stromingsbeeld op een andere dag gaf
hoger dan gemeten).
snelheidsverlopen en de waterstanden in
dezelfde overeenstemming.
Voor een nog betere overeenstemming
de reservoirs wordt verwezen naar afb. 15. Voor de drukken is de geconstateerde
zouden meer meetlocaties (vooral van
'
"
I
Afb. 15 - JGrgelqk gertreterr erf berekende waarderr.
DRUKKEN
KNOOP 31
HOEVEELHEDEN
BUIS 113
[m3/uur]
I
RESERVOIRSTANDEN
hoogie [ml
VAN HALLSTRAAT
KNOOP95
1.8,
l
UP b r 1
Lm~k1
KNOOP 58
[rn3/uur]
BUIS 138
700.0
hoogie [ml
Am~tdveennewog
Knoop BB
4.6
4.0
m.03.6
3.0
2.6
mn,
, , , , , , , , , , ,
2
4
1
1 10121411112022%
*P
Iuwl
2.0
2
4
1 ti 1 0 1 2 1 4 1 1 1 6 1 0 2 2 ! J 4
UP
[uw1
@
drukmeting
@
volumestroommeting
Afb. 114
Aantal leidingen : 99
Aantal knopen : 90
Aantal afnamen : 65
I
'1
Afb. 21 - Itivloedsgcbicdeir.
Afb. 17 - Distrib~rtreiiet
~lliddelvcldsclreAkerpolder gesclretriatiseerd.
Afl. 22 - Herkon~st(st~w~msitrtarie
l), ktroop 8.
Afb. l 8 - Iiistroiiieri ~\~frddelvrldscIic
Akerpolder.
1
1
I
O
TIJ0 [UUR]
2
4
8
8
10 12 14 16 18 2 0 2 2 2 4
lïJD [UUR]
deel A met 680 woningen en deel B met
580 woningen (zie afb. 16).
In volgende fasen zullen de gebieden C en
D voltooid worden. Bij het ontwerp van A
en B is reeds rekening gehouden met de
benodigde leveringshoeveelhedennaar C
en D.
Het geheel bevindt zich op 'leveringsniveau', hetgeen betekent dat de totale
uitbreiding op het bestaande regionale
niveau wordt aangesloten.
Vooral de wijze van aansluiten op dit
regionale net en de daarmee samenhangende netdoorstroming zijn van
belang en zullen hier de aandacht krijgen.
Afb. 16 - Locatie uitbreidirrgsgebied,aatisli~ititrgop regiotr ale net.
snelheden) moeten worden gereraliseerd,
waardoor het mogelijk is om met de
minimalisatieroutine tot nauwkeuriger
waarden voor de buisweerstanden te
komen.
Ook is de overeenstemming van het
verloop van de waterhoogten in de
reservoirs bij de pompstations van
Hallstraat en Amstelveenseweg (knopen
95 resp. 96) goed te noemen. Dit betekent
niet alleen dat de verdeling van het water
over het transportnet goed is (dus een
goede bepaling van de k-waarden),
maar ook dat de berekende snelheden
(volumestromen) de werkelijkheid goed
benaderen
De reservoirstanden worden namelijk
bepaald door het verschil in (berekende)
instroom en (gemeten) uitstroom.
Weliswaar is deze ijking op het beschreven transportnet als een voorzichtige
eerste stap op een werkelijk net te beschouwen; de voornaamste conclusie is
dat de overeenkomsten goed zijn en de
volgende stap naar een distributienet
gemaakt kan worden. Hierbij ligt de
moeilijkheidsgraad hoger!
Inmiddels zijn ijkingen uitgevoerd op het
distributienet van Amsterdam-Noord,
zowel op regionaal niveau alsook op
leveringsniveau. De uitkomsten bevestigen dat met het model betrouwbare
resultaten te behalen zijn. Dit geldt niet
alleen voor drukken en snelheden, maar
ook voor reistijden en de ligging van de
menggebieden als gevolg van meerdere
watersoorten waarvoor de parameters C1
en het EGV-getal representatief zijn
(Rivierduin- en Rivierplassenwater).
StadsuitbreidingMiddelveldsche Aker
Polder (MAP)
Het volgende berekeningsvoorbeeld
betreft een reeds ontworpen distributienet
op leveringsniveau in een nog te realiseren stadsuitbreiding, waarbij DYNASIBI is
toegepast.
Het gaat om het uitbreidingsproject voor
woningbouw in het meest westelijk deel
van de stad nabij pompstation Osdorp.
De eerste, hier behandelde, fase omvat
twee gedeelten met uitsluitend laagbouw,
/ij&
19
.- Druktiietitrg eri gesitiluleerde afizan~e.
In het schema volgens afb. 17 is uitgegaan
van de locaties van geplande woningen en
de planologische structuur van straten.
Rekeninghoudend met de inherente
nadelen van een sterke vermazing is
gekozen voor een 'open' structuur, dat wil
zeggen een gering aantal gesloten mazen.
Met het oog op de leveringszekerheid is
ook gekozen voor een ringstructuur
waarop de instromen zijn gesitueerd.
Ook is tussen de netten A en B een
koppelleiding opgenomen.
Alvorens tot rekenen is overgegaan is op
een representatieve plaats in het bestaande regionale net de druk over een
periode van een week gemeten. Hieruit
blijkt dat de leveringscapaciteit vanuit dit
regionale niveau voldoende groot is ten
aanzien van het kwantiteitsaspect. Belangrijker is het fluctuerende patroon van het
drukverloop en het snelheidsverloop (zie
afb. 19).
De bepaling van de instroomvolumehoeveelheden is gebaseerd op het aantal
en de ligging van de woningen, de
DITNA en QUALI)
worden onderzocht. De
twee instroomsituaties welke onderzocht
zijn, vertonen de volgende verschillen.
bewoningsdichtheid welke op 2,7 per
woning is gesteld en een gemiddeld
hoofdelijk verbruik van 155 liter per
persoon per etmaal, inclusief de door te
leveren hoeveelheden naar de uitbreidingsgebieden C en D. Uitgaande van
het sterk fluctuerende afnamegedrag per
knoop toont afb. 18 de (afzonderlijke)
verdeling van de totale instroom over de
instroomknopen. De categorie zakelijk
verbruik is hier niet van belang.
Instroomsituatie l :
Meerdere instromen (3 per gebied) zijn
.'tweezijdig' tegen elkaar instromend
gesitueerd.
Dit is een conventionele oplossing vanuit
de gedachte van de volmaakte leveringszekerheid (zie afb. 2 1).
I~zstroomsituatie2:
Meerdere instromen (3 per gebied) zijn
éénzijdig instromend in gelijke richting
gesitueerd. Dit is een oplossing die bij
netsanering nogal eens wordt toegepast
om de doorstroming van het gebied te
bevorderen (zie afb. 21).
De gekozen gebruikersvarianten zijn voor
alle afnamelznopen gelijk. Om het sterk
fluctuerende karakter van het afnamegedrag op leveringsniveau na te bootsen is
aan het gemiddelde afnamepatroon nog
eens het 'ruis'-signaal toegevoegd (zie afb.
19). Dit is van belang voor de berekening
van de reistijden, de trajectbepaling en
voor een eventueel onderzoek naar het
verloop van de kwaliteitsparameters, zoals
O2 of FTU (wordt hier niet op ingegaan).
De rol van DPNASIM komt hier tot uitdrukking voor de bepaling van de
instroomlocaties. Allereerst zullen echter
de effecten van invoerstapgrootte (voor
Instroomsituatie 3:
Er is ook nog een derde mogelijkheid
onderzocht, waarop hier niet verder
ingegaan zal worden, namelijk alieen
3 instromen in gebied A. Dit zal alleen in
een nachtsituatie voordelen hebben in
verband met de dan verbeterde net-
&. 20 - Effect Nivoertijdstapperi.
l
I
n
~ 2;m I n s d jdstip 1.O0 uur
D m 1 uurj
-
maii
5 min
I
DYNA 5 minj
mali
1 min
uur
86-48 f r a c t i e 1%
t i j d 10 uur
8 6 4 8 f r a c t i e 0.8% t i j d
6
86-48 f r a c t i e 4% t i j d 7,4 uur
86-48 f r a c t i e 0.9% t i j d
6.3 uur
8 6 4 8 f r a c t i e 0,06% t i j d 6,3 uur
86-72 f r a c t i e 3.5% t i j d 6 , l uur
86-72 f r a c t i e 1.8%t i j d 4,5 uur
86-72 f r a c t i e 9%
t i j d 5,O uur
86-72 f r a c t i e 18% t i j d 5,2 uur
86-72 f r a c t i e 0,6%t i j d 5,3 uur
86-72 f r a c t i e 0.8% t i j d 5,3 uur
doorstroming bij het dan heersende lage
afnameniveau. Overdag zakt hierbij echter
de druk onder toelaatbare waarden, vooral
in de buitenzones van gebied B.
Berekeningsresultaten
Voor onderzoek naar de verschillen in
grootten van invoer- en rekenstappen zijn
de volgende berekeningen gemaakt:
Invoer in minuten
rekenstappen in minuten
Alleen in het laatste geval is een ruissignaal op de gemiddelde afname gesommeerd ter verkrijging van een zo reëel
mogelijk invoersignaal! De resultaten
vertonen belangrijke verschilien in
stromingstrajecten (pendelen in buizen),
reistijden, ligging invloedsgebieden en in
de fracties ofwel in de herkomst van het
afgenomen water op de knopen.
Een indruk van verschillen in trajecten
wordt gegeven in afb. 20. Hieruit kan
geconcludeerd worden dat, voor het verkrijgen van betrouwbare resultaten, op het
leveringsniveau invoerstapgrootten van
5 min. tot 1 min. vereist zijn (met aangepaste rekenstapgrootten). Vooral als het
gaat om de berekeningen van kwaliteitsparameters die direct afhankelijk zijn van
de wijze van netdoorstroming (aantal
trajecten en materialen hierin) en van de
bijbehorende reistijden.
Voor de vergelijking van de grootte en
vorm van de invloedsgebieden voor de
instroomsituaties l en 2 zijn de
berekeningsresultaten eveneens weergegeven in afb. 2 1. Ook worden de
stagnatiezones en de lokale waterscheidingen getoond, zoals die voor
zouden komen bij instroomsituatie 1.
Verder staan hier aangegeven de maximale aantallen trajecten voor twee
instroomtijdstippen. Voor de instroomtijdstippen geldt dat om 01.00 uur de
nachtperiode en om 09.00 uur de
zogenaamde 'ontwaakperiode' gekozen is.
Als basis voor het opzetten van afb. 2 1
dienden onder andere:
- de verdeling van de berekende snelheden in een 9-tal klassen (variaties) van
- 1 m/sec tot +l m/sec;
- de trajectbepalingen van de stromingen
door het net;
- de herkomstbepalingen van het afgenomen water per knoop, zoals afb. 22
dit laat zien voor een wilielzeurig gekozen
knoop.
Voor het tekenen van de stagnatiezones is
uitgegaan van stroomsnelheden kleiner
dan 0,05 m/s met een voorlzomensfrequentie van meer dan 50%. De grenzen
van de invloedsgebieden liggen voor
beide situaties nagenoeg vast, dat wil
zeggen veranderen niet in de tijd. Dit is
een direct gevolg van het feit dat de
grootte van de instroomhoeveelheden in
verhouding meegaan met de totale
afname! Dit kan vooral belangrijk zijn als
er sprake is van meerdere watersoorten,
waarbij de menggebieden minimaal
moeten worden gehouden. Om dit te
bereiken is het belangrijk dat de instroomhoeveelheden geregeld kunnen worden of
dat het pompregiem hieraan aangepast
wordt!
Geconstateerd wordt dat voor instroomsituatie 1 een (groot) aantal waterscheidingen optreedt die zich bevinden op
de grensvlakken van twee tegen elkaar
inwerkende invloedsgebieden.
Ook is het snelheidsniveeau voor deze
instroomsituatie lager. Het aantal
stromingstrajecten naar een afnameknoop
is voor de nachtperiode groter dan bij
instroomsituatie 2. Overdag is het aantal
stromingstrajecten naar eenzelfde knoop
beduidend minder als gevolg van een
verhoogde afname.
De reis- en verblijftijden binnen de
invloedsgebieden zijn voor instroomsituatie 1 groter.
I
1 uur
9 uur
ROCnJD [UUR]
REisriJD [UUR]
Afa. 23 - Cur~rirlatiwefrrqzre~~tie~ierdeli>ig
(gemiddelde verblrIftiiderr).
deze dan ook gekozen. (Het aantal
instromen bedraagt toch nog 6 ! ) .
Bovendien kan gesteld worden dat, gezien
het drukverloop, ook situatie 3 gekozen
zou kunnen worden voor alleen de
nachtelijke situatie, om een verbeterde
netdoorstroming te verkrijgen.
Voor de dagsituatie blijkt de koppelleiding
een te grote weerstand op te leveren,
zodat de druk dan teveel zakt in deel B.
Voor instroomsituatie 2 geldt verder dat
de invloedsgebieden groter zijn, en ook de
snelheidsniveaus liggen hoger. Hier
treden geen stagnatiezones op. De totale
effecten van verblijftijden worden weergegeven in de cumulatieve frequentieverdelingen, zoals afb. 23 laat zien.
Slotbeschouwing
Slechts enkele van de vele toepassingsmogelijkheden hebben hier de aandacht
gehad. De inzetbaarheid van DiYhsIai is
groot. Ook in de praktijk is gebleken dat
een dergelijk hulpmiddel onmisbaar
wordt, niet alleen bij ontwerp maar vooral
bij een goed beheer van de distributie.
Thans liggen de toepassingen vooral op
het leveringsniveau, waar lzwaliteitsproblemen onderzocht of voorkomen
kunnen worden.
Interessant is het om een vergelijking te
maken tussen de twee instroomsituaties
op de lznopen 40 en 89, die voor beide
situaties gelijk zijn gehouden.
Ook op het regionale, respectievelijk
primaire niveau bij de berekening van de
mogelijkheid van uitbreiding van het
distributiegebied en/of het aansluiten van
Instroomknoop
Instroomtijdstip
01.00 uur
09.00 uur
01.00 uur
09.00 uur
Onderstaande tabel geeft een overzicht
hiervan:
Er kan dus van een duidelijke verbetering
in de verblijftijden gesproken worden
voor instroomsituatie 2! (factor 3-4
kleiner).
Geconcludeerd kan worden dat instroomsituatie 2 als beste naar voren komt.
Zonder dat er concessies aan de leveringszekerheid gedaan behoeft te worden is
Gemiddelde verblijftijd bij instroomsimatie
1
2
235 uur
1,27 uur
3,42 uur
0,54 uur
7,0 uur
2.05 uur
6,l uur
0.58 uur
een nieuw distributiepompstation wordt
het programma ingezet.
De verdere ontwikkeling van het programma ligt thans vooral in de verbeteringen van de gebruikersvriendelijkheid
van de invoergegevens. Een en ander zal
samengaan met de verdere ontwikkeling
van het LIS en het VIS. Koppeling aan
deze systemen levert goede mogelijkheden.
Literatuur
1. Cohen, J. (1989). O~itzuikkelttrgvair een
dynatiriscl~rekerritrodel voor de drstribtitie vair
driirkzuatei: H 2 0 (22) 1989,nr. 12,pag. 367-373.
2. Cohen, J. en Drift, C. G. v. d. (1989). Verdere
otitwikkeli~rgvaii liet &rrattiiscli rekeir- eii si~nulatietirodel voor distributie. H20 (22)1989,nr. 26,
pag. 812-820.
Ontarsening van drinkwaterslib van Nederlandse waterleidingbedrijven
Inleiding
In de notitie 'Preventie en hergebruik van
afvalstoffen' [l21 en in het Nationaal
Milieubeleidsplan 'Kiezen of verliezen' [11]
wordt uitvoerig aandacht besteed aan de
preventie, de verwerking en het hergebruik van afvalstoffen. Voor de
verwijdering van afvalstoffen zijn
doelstellingen geformuleerd, die een
verschuiving te zien geven van storten van
afval naar verbranden, hergebruik, nuttige
toepassing en preventie.
E. A. KOREMAN
TU-Delft, Vakgroep
Gezondheidstechniek &
Waterbeheersing
Samenvatting
Veel drinkwaterleidingbedrijven in Nederland produceren WCA-slib op grond
van een te hoog arseengehalte. Ontarsening van dit slib betekent veel minder
inspanning bij het vinden van een definitieve bestemming, terwijl hergebruik c.q.
nuttige toepassing van het slib tot de mogelijkheden behoort. Een verwijdering
van arseen tot 85-95010 is mogelijk door middel van een therrnochemische
ontsluiting. Bij 400-500 OC wordt de organische stof volledig geoxydeerd.
In aanwezigheid van soda wordt bij een temperatuur van 800-900°C het aan de
slibmatrix gebonden arseen vervolgens omgezet in extraheerbaar natriumarsenaat.
Extractie met water geeft een oplossing van natriumarsenaat. Het arsenaat kan
vervolgens uit de extractfase worden verwijderd door het te precipiteren als
calciumarsenaat hetzij direct in een pellet-reactor, of na concentratie op een
anionenwisselaar. Met name sterk ijzerhoudende slibsoorten, waaronder veel
coagulatie- en grondwaterslibsoortenvallen, kunnen op deze wijze hun
'Wca-karakter' verliezen, zodat hergebruik (als vlokmiddel) of nuttige toepassing
van de ijzeroxydecomponent (H,S-binding) mogelijk wordt.
het beheren van het milieu (het signaleren
van veranderingen, het water- en natuurA. N . V A N BREEìviEN
beheer), als ook bij het leveren van
TU-Delft, Vakgroep
structurele bijdragen inzake opslag en
Gezondheidstechniek &
Waterbeheersing
verwerking van het (voor een belangrijk
gedeelte als chemisch afval geldende)
zuiveringsslib. Hierbij gaat het om het
treffen van zowel brongerichte als effectIn tabel 1.1ontleend aan bovenvermelde
gerichte maatregelen.
stukken, worden verwijderingsdoelDe waterleidingbedrijven zullen enerzijds
hun aandacht vooral dienen te richten op
stellingen gekwantificeerd.
ontwikkeling van effectieve, minder
Geconstateerd mag worden, dat er sprake milieubelastende zuiveringstechnieken/
methoden, waarmee de vorming van
is van een duidelijke accentverschuiving.
Geleidelijk aan moet steeds minder ruimte chemisch afval (sterk) wordt beperkt,
anderzijds op milieuvriendelijke slibworden gegeven aan de optie storten.
verwerkingsmethoden, waarbij de ontIn termijnen wordt uiteindelijk in het
jaar 2000 een volume-reductie nagestreefd wikkeling van ontwerpcriteria voor de
uitvoering en bedrijfsvoering van
van ruim 80% ten opzichte van 1988.
droogbedden (IBC-criteria) een eerste
Aan de doelstelling wordt vorm gegeven
stap vormen. Van wetenschappelijke
door zowel te pleiten voor meer afvalinstellingen mag hierbij de nodige
verbranding, als voor het stimuleren van
ondersteuning worden verwacht.
hergebruik en nuttige toepassing. In het
kader van vermindering van milieu,
Inhakend op het streven afvalstoffen te
belasting dient bovendien nog een
hergebruiken c.q. een nuttige toepassing
bijdrage te worden geleverd via een meer
te geven is in 1988 door de vakgroep
brongerichte aanpak, dat wil zeggen
Gezondheidstechniek & Waterbeheersing
vermindering van de afvalproduktie.
Hergebruik of nuttige toepassing vraagt in (TU-Delft) een onderzoek gestart, gericht
op het opheffen van het Wca-karakter van
het algemeen om een kwaliteitseen deel van het drinkwaterslib in
verbetering van de afvalstof. In dat
verband is het dan ook belangrijk te weten Nederland [4]. Aanleiding hiertoe vormde
of de afvalstof onder de Wet chemische
een oriënterend onderzoek naar de
samenstelling van het drinkwaterslib in
afvalstoffen valt.
In het Nationaal Milieubeleidsplan [l11
Nederland, uitgevoerd door KIWA, IR1 en
de vakgroep G & W [S], waaruit naar
wordt gewezen op de belangrijke rol, die
de waterleidingbedrijven spelen zowel bij
voren kwam dat voor een aantal drinkwaterslibben de concentratiegrenswaarde
voor arseen, te weten 50 mg arseedkg
T A B E L I - Vemijderi~~gsdoelstelli~igen
uitgaaride van
Iiergebniik e11prmejitre (escl~~sief
baggerspecie etr niest). droge stof, (soms ruim) werd overschreden.
storten
verbranden
hergebruik en nuttige
toepassing
preventie
55%
30%
10%
25%
10%
25%
35%
404
55%
5%
10%
-
Het Wca-karakter van slib geeft veel
problemen bij de verwerking en het
vinden van een definitieve bestemming
voor het slib. Nuttige toepassing is niet
mogelijk en afvoer naar een deponie is in
principe niet toegestaan, tenzij ontheffing
wordt verleend. Reductie van het te
storten volume is derhalve gewenst en dit
vraagt, naast efficiëntere zuiveringsmethoden waarbij het chemicaliënverbruik
lager kan zijn, om hergebruik of nuttige
toepassing.
Verwijdering van arseen uit drinkwaterslib
is een eerste vereiste, wanneer men zich
realiseert, dat hergebruildnuttige
toepassing van de afvalstof slechts is
toegestaan, wanneer de milieuschadelijke
componenten (geconcentreerd) kunnen
worden afgescheiden [12].
Afb. 1 - Sattie~istellingeia>zhet dnnkzuaterslib itz
Nederlaiid/l982 (8, afb. IUWA).
Egrenswaarde
O
grondwater
oppervlaktewater
element
grenswaarde
msiksdsl
200
Ba
t
1
elernentgehalle
-
(rnglkg ds)
Arseen in drinkwaterslib
Het arseengehalte van het Nederlandse
oppervlaktewater reikt momenteel tot
maximaal 5 p g As/l. In grondwater
kunnen de waarden oplopen tot 20 &l.
Deze gehalten liggen duidelijk beneden de
norm voor drinkwater (50 pg/l).
In aanwezigheid van ijzer en/of
aluminium accumuleert arseen in het
drinkwaterslib door de hoge affiniteit van
arseen voor ijzer- en aluminiumhydroxyde. In afb. 1 zijn de belangrijkste
componenten van het drinkwaterslib in
Nederland voor het jaar 1982 weergegeven. Hieruit blijkt, dat arseen de
enige Wca-component is. Hoe de situatie
in 1982 was valt op te maken uit tabel I.
Ruim 40°/o van d e jaarproduktie viel toen
op basis van droge stof onder de Wca.
Als gevolg hiervan liggen grote hoeveelheden arseenhoudend slib opgeslagen in
depots.
Veelvuldig wordt in d e literatuur gewezen
op de sterke adsorptie van arseen- of
fosforverbindingen aan diverse ijzeroxyden [3, 5-7,13-15,171 met name aan
ferrihydriet, zijnde vers geprecipiteerd
'amorf ijzerhydroxyde', dat tijdens d e
coagulatie van oppervlaktewater of door
de beluchting van grondwater ontstaat.
D e adsorptie heeft een duidelijk specifiek
karakter (chemisorptie).
Bovendien kunnen opgelost ijzer en
arseen stabiele precipitaten - in het
vervolg vereenvoudigd voorgesteld als
ferri-ane~zaat - vormen. Beide verschijnselen, adsoptie en coprecipitatie,
spelen - afhankelijk van de Fe/As
verhouding - een rol bij de binding van
arseen aan de slibmatrix. Hetzelfde geldt
voor het aan arseen chemisch sterk
verwante fosfor.
Bij het vastleggen van arseen in ijzerhoudend drinkwaterslib gaat het om d e
vorming van ijzerarseencomplexen,
waarbij reacties tussen de H2AsOa/
HAs0;--ionen en de Fe-OH groepen aan
het polynucleaire ijzerhydroxydecomplex
plaatsvinden. Afhankelijk van d e p H kan
men de volgende reacties onderscheiden:
pH=8
FeOH
+
HAs0:-
e
FeOH
Fe0
\As40
+ H20
F ~ O / 'o-
+ OH-
8<pH<IO
FeO-
+
HAso,"
FeOH
* FFe0~ \As40
O
'\o- + 2 0 H
Door ligandenuitwisseling wordt het
arsenaat sterk gebonden aan het ijzerhydroxyde. Het bij normale pH in
belangrijke mate vrijkomen van arsenaat
is alleen mogelijk na reductie van het
ferri-complex. Wil men tijdens de slibverwerking ongewenste mobilisatie van
arseen voorlzomen, dan dient de
verwerking in zuurstofrijk milieu te
verlopen.
Ontarsening van drinkwaterslib
Toepassing van een methode om het
arseen effectief uit drinkwaterslib te
verwijderen mag niet leiden tot een
verschuiving van het probleem naar
andere milieucompartimenten. Allen moet
trachten het arseen op zodanige wijze te
verwijderen, dat het in zo geconcentreerd
mogelijke vorm wordt afgescheiden en het
residu (ijzeroxyde) zich leent voor hergebruik en/of nuttige toepassing.
Bovendien verdient het de voorkeur
vrijkomende waterstromen te hergebruiken.
Behandeling van arseenhoudend drinkwaterslib volgens bovenstaand recept
behelst in feite een verwijdering van
arseen uit d e vaste fase en - afhankelijk
T M E L I1 - Pmdrrktie Azu- erf Il'ca-slib (dg d.s./jaar) door ruaterleidir~gbed,ijveri irr Nederla~~d
op groird vali al dar1 rriet ozenclrr~derrvar1 de arsee~irior~ir
(1982) /BI.
Arseengehalte (mg/kg ds.)
Provincie
Aw
0-50
\\"ca
totaal
50-100
100-400
400-800
1.000-3.500
Groningen
Friesland
Drenthe
Overijssel
Gelderland
Utrecht
Noord-Holland
Zuid-Holland
Zeeland
Noord-Brabant
Limburg
IJsselmeerpolders
Totaal
14.705
11.278
-
-
-
-
van de procesvorm - uit de daaruitvolgende waterfase. Nabehandeling van
vrijkomende arseenhoudende waterfasen
is uiteraard noodzakelijk, omdat deze
anders slechts zouden fungeren als
transportwegen, waarlangs het arseen op
een andere wijze meer of minder diffuus
in het milieu zou worden gebracht.
D e nabehandelde processtroom dient van
een zodanige kwaliteit te zijn, dat zij weer
kan worden hergebruikt (gerecirculeerd).
In het laboratorium zijn verschillende
ontarseningsmethoden onderzocht [4].
Voor het onderzoek zijn twee sterk
ijzerhoudende drinltwaterslibben
(circa 450-500 mg Fe/kg ds.) gebruikt, te
weten een coagulatieslib van een oppervlaktewaterzuiveringsbedrijf en een
grondwaterslib van een grondwaterbedrijf.
Voorts is gebruik gemaakt van modelprecipitaten ten behoeve van meer
fundamentele studies.
Het verwijderen van arseen uit d e ijzerhydroxyde-matrix kan langs verschillende
wegen plaatsvinden. D e methoden
kunnen gebaseerd zijn op ligandenuitwisseling, directe ontsluiting of
thermochemische conversie van het
ferri-arsenaat.
Ontsluiting van het arseen uit het
ijzerhydroxyde-slib kan zowel in sterk
zuur als sterk basisch milieu geschieden.
In basisch milieu kan tevens uitwisseling
van arsenaat met hydroxyl-ionen
plaatsvinden. Het opgeloste arsenaat zal
vervolgens uit een sterk zure, dan wel
basische processtroom (selectief) dienen
te worden verwijderd. Dit geeft
problemen, zoals in een voorstudie [4]
naar voren is gekomen. Hierbij speelt d e
aanwezigheid van opgeloste organische
stof een belangrijke rol.
Door een thermische behandeling wordt
de structuur van de vaste fase gewijzigd
door d e vorming van ijzer- en arseenoxyde als gevolg van dehydratatie en
verdergaande kristallisatie. Stellen we
ijzerhoudend drinkwaterslib gemakshalve
voor als een mengsel van ijzerhydroxyde
en ferri-arsenaat, dan gaat het om de
volgende reactie:
Deze ordening in d e structuur, gekoppeld
aan de oxydatie van organische stof
(450 'C-500 OC) kan een gunstige invloed
hebben op d e selectieve ontsluiting van
arseen met b e h u l ~van een alkalisch
reagens. Het reactieve natriumoxyde, dat
onder meer vrijkomt bii d e thermische
ontleding van natriumcarbonaat, kan goed
in wisselwerking treden met het arseenoxyde:
Ontsluiting van de arseencomponent kan
derhalve worden bereikt door het drinkwaterslib thermisch te behandelen in
aanwezigheid van natriumcarbonaat.
Hierbij wordt het goed oplosbare natriumarsenaat gevormd:
weer vergelijkbaar met dat van de
behandeling van depotslib. In afb. 2 wordt
het schema van beide systemen
schematisch weergegeven.
Thermogravimetrische analyse van
de ontarsening
In afb. 3 zijn de venvijderingspercentages
van arseen uit arseenhoudend ijzerhydroxyde-modelslib met een gehalte van
circa 450 mg Aslkg droge stof in afAfb. 2 - Slibverwerkirigssysteeni, gericltt op hergebruik.
Extractie met water geeft vervolgens een
oplossing van natrium-arsenaat.
Hieruit kan het arseen in principe worden
verwijderd met behulp van een anionenwisselaar [4]. Na regeneratie van de
anionenwisselaar kan het arseen worden
geprecipiteerd in de vorm van bijvoorbeeld calciumarsenaat. Een andere
mogelijkheid is directe afscheiding van het
geëxtraheerde arsenaat als calciumarsenaat in een pelletreactor. Het ijzer
komt in de vorm van Fe203beschikbaar.
Een mogelijk alternatief voor het ontsluitingsmiddel natriumcarbonaat is
natriumhydroxyde.
De thermochemische ontsluiting in
aanwezigheid van soda blijkt de meest
effectieve arseenvenvijderingsmethode te
zijn [4]. Het toepassen van deze methode
kan volgen op de ontwatering van het slib.
Ook is het mogelijk om uit te gaan van het
in depot opgeslagen slib, dat reeds sterk is
ontwaterd. Drogen en vermalen van het
depotslib zijn te verkiezen om de ontsluiting beter te doen verlopen.
Een geavanceerder verwerkingssysteem is
gewenst, wanneer men de produktie van
afvalstromen tijdens de ontwatering wil
beperken en het direct vrijkomende slib ter onderscheiding van het veel oudere
depot-slib aangeduid als processlib - als
uitgangsprodukt dient. De verwerking
dierit aëroob te geschieden om
ongewenste mobilisatie van arseen te
voorkomen. Wanneer het arseen aan de
vaste fase kan worden gebonden tot het
moment van 'geplande' verwijdering zal
het mogelijk zijn de vrijkomende waterfasen te hergebruiken. Zuurstofloosheid
wordt voorkomen door snel in te dikken
en te ontwateren. Flotatie-indikking is
hiertoe een geschikte techniek. Voor ijzerhydroxyde-slib kan hiermee een drogestofgehalte van 4-5% worden bereikt [lol.
Snelle ontwatering vraagt om een
effectievere conditionering. Met behulp
van vriesdooien kan drinkwaterslib in de
regel snel en met betrekkelijk eenvoudige
apparatuur worden ontwaterd tot een
droge-stofgehalte van circa 35-45010 (91.
Voor het overige is het verwerkingsproces
demi-"=ter
Calciunizouten
an a
r
m
andere a m f n a
.
hankeliikheid van de temDeratuur weergegeven. Hierbij is uitgegaan van drinkwaterslib [4]. Soda is hier als een
verzadigde oplossing toegevoegd.
Een verwijderingspercentage van 90%
blijkt mogelijk bij 900 'C. Bij deze
temperatuur is bovendien de hoogte van
de soda-dosis minder kritisch.
Het arseenvenvijderingsrendement wordt
in sterke mate bepaald door de
temperatuur waarbij het slib in aanwezigheid van soda wordt behandeld.
Om hierin een beter inzicht te verkrijgen
is gebruik gemaakt van (differentiële)thermogravimetrie (TG/DTG) .
Van diverse themogravimetrische analyses
die zijn uitgevoerd, zuilen enkele
belangrijke resultaten worden toegelicht
(afb. 4-5).
Uit de thermogravimetrische (TG)
analyses van beide onderzochte slibsoorten zonder ontsluitingsmiddel, blijkt
dat het gloeiverlies voor het coagulatie- en
grondwaterslib respectievelijk 29,5% en
31,5O/o bedraagt.
In de TG-curve en met name de eerste
afgeleide daarvan, de DTG-curve, zijn
voor soda (afb. 4) twee gewichtsverlagingen te onderscheiden. De eerste
vindt plaats tussen 40 en 150OC.
Deze bedraagt 3,1010 en dient te worden
teogeschreven aan verlies van
geadsorbeerd water. Voorts is sprake van
een gewichtsverlies na 820 OC. Deze wordt
niet alleen veroorzaakt door de ontleding
van soda, aangezien het gevonden
gewichtsverlies te aanzienlijk is (een
ontleding van in natriumoxyde geeft een
gewichtsverlies van 41,5O/o, terwijl de
gemeten waarde 86,5010 bedraagt).
Afb. 3 - Arseeiiveiwijderitrg riit arseeirhoudeiid ijzerlydroxyde ria tlierttrisclie belrai~delirigbij respectievelbk
450, 650 er1 900°C i11aarrweztglieid var1 soda ei1 e.\-tractie iir ajliarikel~jklreidvari de soda doserirrg verzadigde
oplossit1g [4].
I
I
SODR-BEIYINDELING EN M T R R C T I E
fìRSEEH(IUDE)I>
IJ Z E W W R O X I D E
<ca. 4 5 0 ns As/s d . i . )
A 0.75 ml verzadigde soda-oplossinglg droge stof
0.58 ml verzadigde soda-oplossingtg droge stof
Deze hogere waarde moet het gevolg zijn
van sublimatie van het gevormde natriumoxyde, welke reeds vanaf 850°C plaatsvindt [18].
De ontleding van soda verloopt volgens
de literatuur tussen 900 en 1.200OC 121.
Wanneer we de TG-DTG-curven van het
coagulatieslib, waaraan soda in droge
vorm werd toegevoegd, vergelijken met
die van het coagulatieslib zelf afb. 5), dan
valt een gewichtsverlies tussen circa 750
en 950 OC waar te nemen. Ook voor het
grondwaterslib treedt dit verschijnsel op.
Het is duidelijk dat dit gewichtsverlies
wordt veroorzaakt door de thermische
ontleding van het toegevoegde soda,
waarbij kooldioxyde ontwijkt. Voor het
coagulatieslib zou dan op grond van de
soda-dosering het totale gewichtsverlies
15,2 mg moeten bedragen, hetgeen inderdaad valt te constateren.
Vergelijkt men de TG- en DTG-curven
van coagulatieslib met soda-additie met
die van zuiver soda, dan blijkt, dat de
ontleding van soda in aanwezigheid van
coagulatieslib sneller verloopt en bij een
lagere temperatuur begint. Voorts is vast
te stellen, dat het ontledingsprodukt
natriumoxyde volledig wordt vastgelegd
door reactie met slibcomponenten. Uit het
gemeten gewichtsverlies blijkt namelijk
dat alleen het vrijkomen van kooldioxyde
tot een verlaging leidt. Het gevormde
-0.2
t-ratuur
:
--
natriumoxyde sublimeert niet en moet dus
op een of andere wijze in de slibmatrix
vastgelegd zijn. Een plausibele verklaring
hiervoor is, dat ook andere in het slib
aanwezige oxyden met een duidelijk
amfoteer karakter met het soda reageren.
Voor de onderzochte slibsoorten is de
ijzeroxyde-component dominant.
Op grond van het amfotere karakter van
ijzeroxyden mag naast de vorming van
natriumarsenaat en natriumfosfaat ook de
vorming van natriumferraat worden
verwacht:
+
Fe203 Na2C03 2 NaFe02
Er zijn sterke aanwijzingen, dat bovenstaande reactie optreedt [l]. Zo lijken ook
m
(39.8 ~ > / s o d a(7.8 ng)
tenperatwr
COC)
40
T
:
:
:
+ CO2
:
:
:
:
:
:
:
.
COC>
'
DTG-curve voor soda en coagulatieslib (COS) met en zonder soda-additie
(opwarmsnelheid10 "Clmin atmosferischeomstandigheden)
.
TG-curve voor soda en caogulalieslib (COS) met en ronder soda-addilie
(opwarmsnelheld 1OoClm1n.. almosferlsche omslandigheden)
0.0
-- -0.1
-- -0.2
.. ..
GHS tn.3I&/SX&
t-ratuur
(25.6 mis>
COC)
O
ZOO
400
6W
800
1000
TG-curve voor soda en grondwaterslib(GWS) met en zonder soda-additie
(opwarmsnelheld10 OClmln.. atmosferischeomstandigheden)
UW
-- -0.2
tenperatwr
40
O
ZW
400
600
Bm
1000
DTG-curve van soda en grondwaterslib(GWS) met en zonder soda-additie
(opwamsnelheid 10 OC min ,atmosferischeomstandigheden)
(OE)
1200
de TG- en DTG-curven in het geval van
grondwaterslib, waaraan duidelijk meer
soda werd toegevoegd (zie afb. 5), sterk
op die van thermisch behandeld grondwaterslib zonder soda-additie. Goed zichtbaar is de ontleding van het toegevoegde
soda. Bovendien is er nu wel sprake van
een extra gewichtsverlies, welke vanaf
circa 1.000OC begint en zich bij 1.200OC
nog steeds voortzet. Dit gewichtsverlies
moet een gevolg zijn van vervluchtiging
van natriumoxyde, hetgeen er op duidt dat
een overmaat aan soda is gedoseerd.
Bij een dosering van l g soda per 5 g
droge stof is er geen sprake van
sublimatie van natriumoxyde. Dit wijst er
dus op dat hier alleen het gewichtsverlies
veroorzaakt wordt door het vrijkomen van
kooldioxyde, en dat al het gevormde
natriumoxyde in de slib-matrix vastgelegd
moet zijn door reacties met ijzeroxyde,
fosforoxyde, arseenoxyde en mogelijk
andere amfoteren. Het ijzergehalte van
beide onderzochte drinkwaterslibsoorten
bedraagt circa 450-500 mg Fe/g droge
stof. Op grond hiervan is eenvoudig te
berekenen dat voor een volledige ferraatvorming de soda-behoefte 2 á 2,5 g droge
stof dient te bedragen. Deze dosering
komt goed overeen met experimenteel
gevonden waarden, waarbij een maximaal
arseenverwijderingsrendement werd
bereikt [4].
Opvallend is tenslotte de DTG-piek voor
het coagulatislib zowel in aanwezigheid als
afwezigheid van soda in het traject van
700-800 'C. Dit is te wijten aan de
thermische ontleding van calciumcarbonaat, een onthardingsprodukt dat
substantieel deel uitmaakt van het slib.
Gedeeltelijke immobilisatie van arseen/
fosfor door de vorming van calciumarsenaat zou mogelijk kunnen zijn, hoewel
het arseengehalte desondanks toch kan
worden verlaagd van circa 100 mg As/kg
droge stof tot 10-15 mg As/kg droge stof.
Nabeschouwing
Het besproken onderzoek heeft aangetoond, dat arseen kan worden
verwijderd uit drinkwaterslib door een
thermische behandeling in aanwezigheid
van een ontsluitingsmiddel en wel
zodanig, dat het gehalte (ruim) beneden
de Wca-norm van 50 mg/kg droge stof
kan worden gebracht (ontarsening van
slib). Hierdoor valt het slib niet meer
onder de Wet chemische afvalstoffen,
waardoor nuttige toepassing en of hergebruik mogelijk wordt.
Voor hergebruik en/of nuttige toepassing
van drinkwaterslib komen met name de
sterk ijzerhoudende slibsoorten in
.
aanmerking. Ontarseend (en ge-
defosfateerd) coagulatieslib kan dan
namelijk na ontsluiting van de ijzercomponent worden hergebruikt als vlokmiddel. Experimenteel kon worden vastgesteld, dat bij ontsluiten met geconcentreerd zoutzuur het residu vrijwel
volledig oplost [16]. Voor ontarseend
grondwaterslib dient men voornamelijk te
denken aan nuttige toepassingen zoals
zwavelwaterstofbindingbij rwzi's.
De verwijdering van arseen uit drinkwaterslib vereist een thermische
behandeling bij een temperatuur van
750-900 OC. Bij deze temperatuur wordt
de organische stof volleidg geoxydeerd.
Een geschikt ontsluitingsmiddel is soda.
Het arseen kan dan in een eenvoudig
extraheerbare vorm (natriumarsenaat) van
de vaste fase - voornamelijk ijzeroxyde worden afgescheiden. Voor deze werkwijze loopt momenteel een internationale
octrooiaanvrage.
Vervolgonderzoek zal nodig zijn om te
komen tot optimalisatie van de
behandelingsprocedure, waarbij de hoogte
van de dosering van ontsluitingsmiddel
temperatuur van de thermische behandeling, alsmede de verwijdering van
andere in de matrix 'ingebouwde'
amfotere oxyden als die van fosfor,
chroom, zink en mangaan, ruim de
aandacht dienen de krijgen.
Literatuur
1. Andela, R. (1990). Tlierr~rischeA~ra(ysevati
Drinkwaterslib Ni aariwezidieid vali o~itsliiitiii~st~iiddeleii'.
TU-Delft, vakgroep
Gezondheidstechniek & Waterbeheersing.
2. Asomoza, P. A. e.a. (1978). 'Quarititatieve
Evaluatzon ofNa2C03 atid NaCl Coirte~itm tlie Clays
of the Ex-Lake of Texcoco (valley of Mexico) by mearis
of Tlierniogravit~retiy:Journal of Thermal Analysis,
13, p. 327-339.
3. Belack, E. (1971). 'Arseriic Reinovalfrvnr Potable
IVater! Journal AWWA, 63, p. 454-458.
4. Breemen, A. N., van en Koreman, E. A. (1989).
'Verzuerki~igvati dri~rkwaterslib,gericht op de
verzuiideritrg va11 aneeti etr hergebnrik vati de
Fe-cot~rporietit'.Intern rapport in opdracht van
VROM, TU-Delft, vakgroep
Gezondheidstechniek & Waterbeheersing.
5. Ghosh, M. M. 1987). 'Adsorpt~ottofItiorgatric
Arsetric and Organoarsenical on Hydrous Oxides: iti
Metals Speciatiori, Separatio~iand Recove~y,
Proceedings of the Isitet~ratiotralSy~nposizini011 Metals
Speciatrori, Separatiott, and Recovery Clircago, Illi~iois.
Lexvis Publishers, inc., p. 499-518.
6. Guiiedge, J. H. and O'Connor, J. T. (1973).
'Retnoval of Arsenic
from Water by Adsorptioii oir
Alioni~iiirmarid Ferl-ic Hydroxides'. Journal AnhVA,
65, p. 548.
7. Gupta, S. K and Chen, K. Y. (1978).
'ArsetticRenroval bj> Adsorptto~i!Journal Wat. Poll.
Contr. Fed., 50, p. 493-506.
8. 0985). 'Ge/ialte~taan Anor~atrisclieStoffen in het
slib van ~ederla~idse
~aterleidiiigbedrijve~~~
een Eerste
Verke~iititrg'.
KnVA rapport SWE 85.004.
, A. enBreemen, A. N. (1988).
9. ~ o r e m a nE.
Toepassing varr het Vnesdooiproces bij de O~itzuateri~ig
var1 Coagulatieslib'.TU-Delft, mededelding nr. 15,
vakgroep Gezondheidstechniek & Waterbeheersing.
10. Mulbrecht, P. G. J., van (1990). %dikken vati
afstudeer vers^^^
(v
Dritikwaterslib door niiddel van Flotatie'. Afstudeerverslag TU-Delft, vakgroep Gezondheidstechniek & Waterbeheersing
Athenes, L. (1989). Epaissenrent de Bories $Eau
Potable par Flottatron á air Dissous'. Afstudeerverslag
TU-Deift, vakgroep Gezondheidstechniek &
\Vaterbeheersing.
11. (1989). Natrotraal milieu Beleidsplari, 'Kieze~iof
Verliezeii'.Tweede Kamer, vergaderjaar 1988-1989,
21137, nrs. 1-2, SDU-uitgeverij, 's-Gravenhage.
12. (1989). Notitie rtrzake pmeiitie etr hergebnrik van
afialstoffee>r.TweedeKamer, vergaderjaar 1988-1989,
20877, nrs. 1-2.
13. Papassiopi, N. e.a. (1988). 'Re~rovalof Arseiiic
fornt Sol~rtiotisbji Prec$itation as Ferric Arseriic
hletalltrrgy Fiiidaiaerrtals a ~ i dApplicatio~rs'.
The Metallurgical Society, Inc., p. 321-334.
14. Pierce, M. L. and Moore, C. B. (1980).
'Adsorptio~iof Arseizite otr Arriorplto~tsIron Hydroxide
franr Dilrite Aqueous Solrition'. Environmental
Science and Technology, 14, p. 214-216.
15. Pierce, M. L. and Moore, C. B. (1982).
'Adsorptiori of Arsetrite and Aiïie~iateoir Amorphous
Ir011 Hjidrosrdes! Water Research, 16, p. 1247-1253.
16. Rafati-hlesdaghi, S. (1989). 'Dissolritroii of
Iron-Oside of tlie Sludge Produced iri Water Treattne~it
for Rerisal as Coagulatit'.Afstudeerverslag TU-Delft,
vakgroep Gezondheidstechniek & Waterbeheersing.
17. Robins, R. G. e.a. (1988). Tlre Adsorptioiorr of
Arsenate Ion by Ferric Hj~droxide:uit 'Arsetirc
Metallurgy Fii~idainentalsatid Applicatiorrs'.
The I\.letallurgical Society, Inc., p. 99-112.
18. Scholder, R und Schwartz, H. (1965).
'Uber alkalicliro~trate(lil'. Z., Anorg. Aügem. Chem.,
340, p. 146-157.
...
Drinkwaterslib: van storten naar nuttig toepassen*
1. Inleiding
Bij de bereiding van drinkwater uit gronden oppervlaktewater ontstaan ook nevenproduktenJ veelal in de vorm van slib- en
slibhoudend water.
Naar ontstaanswijze maakt men onderscheid tussen:
- Ontijzerings-/ontmanganingsslib
afkomstigvan de ontiizering en
ontmanganing van grondwater.
- Onthardingsslib vrijkomend bij
ontharding van grond-/"oppervlaktewater.
Tabel I - Slibprodukrie bij de bereiding van
brEttWwo~er
DrinkwaterLand
produktie Slibpraduktie
(m3)
(ton droge stof)
gesuspendeerde fractie geschiedt veelal
door statische indikking in aarden bezinkvijvers. Deze voorzieningen bevatten in de
regel geen ruimingsconstructies.
De opvangcapaciteit van deze bekkens
Nederland (1989)
1,2 x 109
35.000
omvat vaak meerdere jaarprodukties aan
West-Duitsland (1979**)3,2 X 109
50.000
slib. Het gevolg van deze aanpak is dat
België (19849
03 x 109
10.285
grote volumma worden opgeslagen op de
*Vlaanderen
bedrijfsterreinen. Een recent onderzoek
f* 64@/0
van totale drinlwaterproduktie.
uitgevoerd door m A , in opdracht van
het ministerie van VROM, heeft
2. Beleid inzake afvalstoffen
uitgewezen dat circa 700.000 m3 nat en
IJzer- of aluminiumhoudend slib dat
Het beleid inzake afvalstoffen van waterdeels ontwaterd slib aanwezig is op de
ontstaat bij de coagulatie van oppervlakte- leidingbedrijven is vrij recentelijk
bedrijfsterreinen. Dit komt overeen met
water met behulp van ijzer- of aluminium- verwoord in het 1Milieuplan van de
tenminsre 220.000 ton gemeten als droge
zouten.
VEIVIN [4]. Hierin wordt conform het
stof [l]. Belangrijke nadelen van de
- Poederkoolslib door dosering van
overheidsbeleid op dit vlak gesteld dat
huidige werkwijze zijn bovendien:
storten als verwijderingsmethodede
poederkool tijdens het zuiveringsproces.
- de aanwezigheid van planten, wortels,
laagste prioriteit bezit. Allereerst moet
zand en grind. Deze bestanddelen veroorAndere vrijkomende afval-/reststoffen
zaals beladen korrelkool, kalkkorrels en
men streven naar preventie of terugzaken niet alleen veel problemen tijdens
fitermateriaal laten wij hier verder buiten dringen van de ahlstroom. Een tweede
een mobiele ontwateringsoperatie,maar
beschouwing. De hoeveelheid slib evenals zeer behgijke mogelijkheid om het
zijn vooral vanuit het oogpunt van nuttige
afvalprobleem beheersbaar te maken is
de samenstelling ervan zijn direct
toepassing ongewenst;
vergroting van nuttige inzet waaronder
gerelateerd aan de kwaliteit van de
- discontinuïteit in slibafvoer. Het aanbod
m a t e r b r o n evenals aan de aard van het hergebruik. Verbranden als verwijderings- van grote slibvolumina ineens stuit op
verwexklngstechnischeproblemen bij
toegepaste zuiveringsproces. Tabel I toont optie voor slib van waterleidingbedrijven
valt af door her overwegend anorganische stortinrichtingen. Discontinuïteit is ook
een overzicht van de jaarlijkse drogekarakter van deze afvalstroom, Nuttige
stofproduktie bij waterleidingbedrijvenin
vanuit het oogpunt van nuttige toepassing
inzet waaronder hergebruik is zeker geen
Nederland [l], West-Duitsland [2] en
zeer nadelig;
België (Vlaanderen) [31.
vrijblijvende verwijderingsoptie. Naast een - bezinkVijvers zijn veelal niet ingericht
financiële prikkeling (de vervuiler betaalt!) conform het adagium isoleren, &heersen
hanteert de wetgever ook het stelsel van
Het aandeel aan sterk ijzerboudende- of
en Controleren (IBC-criteria). Daor het
vergunningen/ontheffingenals sturingsaluminiumhoudende slibsoorten in de
ontbreken van een waterondoorlatende
instrument voor haar beleid Men moet
jaarlijkse drogestofproduktiebedraagt
laag tussen slib en bodem kunnen
aantoonbaar streven naar nuttige inzet.
verontreinigende stoffen in potentieel
naar schatting voor Nederland circa 55410
Slechts niet-verwerkbare, niet-herbruiken voor België ruim 80010.
schadelijke hoeveelheden ongehinderd in
De slibproduktie bij waterleidingbedrijven bare en niet-verbrandbare afvalstoffen
de ondergrond geraken [S]. Dit is een zeer
zullen in de nabije toekomst tot de stortis in vergelijking met de jaarlijkse
belangrijk aandachtspunttemeer daar veel
bezinkvijvers gesitueerd zijn in waterwinhoeveelheid zuiveringsslib van ahlwater- inrichting worden toegelaten.
Een belangrijk criterium bij nuttige inzet is gebieden.
zuiveringsinrichtingengering te noemen.
dat geen diffuse verspreiding van
Voor Nederland ligt het aandeel drinkDe VEWIN vermeldt overigens in haar
verontreinigingen mag optreden.
watexslib op circa 804 t e m l in WestMilieuplan 1997 als streefdatum waarop
alle slibvoorraden van de bedrijfsterreinen
Duitsland het percentage uitkomt op 3%.
3. Huidige verwerking en bestemming
verwijderd moeten zijn, Momenteel wordt
De Nederlandse waterleidingbedrijven
ruim éénderde van de Nederlandse
*Dit artikel is gebaseerd op de vooidt9cht:
produceren naar schatting op jaarbasis
produktie aan drinkwaterslib afgevoerd
'Beneficia1application of waterwerk sludges by aid
ruim
40 x 106 m3 slib en slibhoudend
naar stortinsiditingen. Het drogeof an innovative sltidge dewateringand processing
water. Het droge-stofgehalte van de
stofgehalte wordt voorafgaande aan het
system'.
afgescheiden stromen ligt veelal tussen
storten verhoogd door natuurlijke
Doar ir. S. G. J. Heijman tijdens het KHD-congres,
Keulen, 26-28iuni 1991.
< 0,l-5 gew 410. Concentrering van de
ontwatering op droogbedden. Incidenteel
-
spoelwaterbehandeling. Dit geldt onder
meer voor het onderdeel kunstmatige
slibontwatering.
Om het inzicht en de kennis op dit vlak te
vergroten, hebben diverse onderzoeken
plaatsgehad, waarbij slib van een aantal
waterleidingbedrijven met mobiele
ontwateringsapparatuur is behandeld.
In de jaren 1986 en 1987 is uitgebreid
aandacht besteed aan de slibontwatering
met behulp van centrifuges onder andere
Centripress [7].
Nadien is ook informatie verkregen uit
saneringssituaties waarbij kamerfilterpersen en incidenteel zeéfbandpersen zijn
ingezet [81.
De nadruk lag vooral op de ontwateringsprestaties van de bewoefde apparatuur.
i n het bijzonder is aándacht béSteed aan.
het bereikbare droge-stofgehalte en
consistentie van het ontwaterde slib.
De parameters droge-sthfgehalte en
consistentie van ontwaterd slib zijn vooral
I
u
Ottmateren vati izeriloudetrd spoelwaterslib nret behulp van een ttrobiele kattrerfilterpers bij het zurveritrgsbedriif
Budel' vair de W Waterleiditrgtt~aatscErapp~
Oost-Brabatrt.
wordt ook gebruik gemaakt van mobiele
ontwateringsapparatuur in hoofdzaak
filterpersen.
Een betrekkelijk gering quotum wordt
ingezet voor landbouwkundige doeleinden
(kalkslib) en voor H$-binding op afvalwaterzuiveringsinrichtingen (ijzerhoudend
slib) [6].
4. Procesmatige slib- en
spoelwaterbehandeling
De huidige werkwijze inzake slib- en
spoelwaterbehandeling draagt er in
belangrijke mate toe bij dat tegengesteld
aan het geformuleerde beleid veel van het
geproduceerde slib uiteindelijk toch op de
stort belandt. Een groot deel van voornoemde bezwaren kunnen worden ondervangen door de behandeling van slib en
spoelwater op een meer procesmatige
wijze te laten plaatsvinden. Hierbij moet
gedacht worden aan bijvoorbeeld
gravitatie- of flotatie-indikkers in plaats
van bezinkvijvers, en IBC-droogbedden of
centrifuges in plaats van lagunes (zie
afb. 1).
Slib dat onder meer vanuit kwalitatief
oogpunt niet nuttig inzetbaar is, wordt op
een zodanig(e) droge-stofgehalte/
consistentie gebracht opdat dit zonder
bezwaar naar een stortinrichting kan
worden afgevoerd. Eenzelfde aanpak
vindt in principe ook plaats als nuttige
inzet wordt nagestreefd.
Een belangrijk verschil met de stortoptie
is echter de mate van slibontwatering en
de aard van de nabehandeling.
Er is nog op weinig plaatsen ervaring
opgedaan met procesmatige slib- en
T
natuurlijk
ontwateren
w
n
1
~
m
m
I
e
n
~
ontwatren
1
1
m
,
~ +<=siwen
~
storten
Afb. 1 - Processcltetna slib- en spoelwaterbeharrdelii~g.
Otitwotereir van iizerlrorrdetrd coamlatieslib >tietbehril~vat1 eet1 decatrreercetrte bi; het ztriveriti~sbedriif
vin-afschuifspanning(kN/m )
12 1
10
/I
coagulatieslib
onthardingsslib
A
-c
I
I
I
I
20
30
40
50
A
I
60
droge stof (gew %)
Afb. 2 - Verband tussen percentage droge stof en vin-afscliuifspanni~zgvoor twee soorten drinkwaterslib.
Afb. 3: - Resultateii van o~~turate~~~rgsexperittzenten
met coagulatie- en oontijzeritigsslib tegen de achtergrotid van de
Iirridige stortitigseisen (7,9). Itr de afb. is ook aatrgegeveii als kalk (Ca) of ijzerchloride/kalk (FelCa) gebruikt 1s als
coiiditioneririgsttiiddel.Iti alle andere gevalleti is polyelectrolyt gebruikt om Itet slzb te cotrditio~rereti.
vin-afschuifspanning (kN/m2,
40
A
filterpers
centripress
stortingseisen
ca
A
30 -
C?
A
20 -
1o
n
"l
5
..
20
. .
a
0.
I
I
25
30
35
I
40
45
droge stof (gew %)
van belang tegen de achtergrond van de
stortoptie. Diverse provinciale beleidsplannen hanteren als primaire stortingseis
een afschuifspanning (rafs.)van tenminste
10 kNIm2 en als secundaire eis een drogestofgehalte (d.s.) van tenminste 35%.
Uit de diverse onderzoeken is gebleken
dat het behalen van een droge-stofgehalte
van 35% geenszins betekent dat ook
wordt voldaan aan de consistentie-eis van
tenminste 10 kNlm2. Belangrijke factoren
die in deze een rol spelen zijn: slibsoort,
aard der conditionering, ontwateringsmethode en gebruik van toeslag.
Ter illustratie moge afb. 2 dienen [9].
IJzerhoudend coagulatieslib ontwaterd met
behulp van de Centripress (centrifuge)
bereikt bij een droge-stofgehalte van circa
32% een afschuifspanning van ten hoogste
5 kNlm2. Een op natuurlijke wijze
ontwaterd onthardingsslib moet circa 50%
droge stof bevatten om een overeenkomstige afschuifspanning te bereiken.
Wel is duidelijk geworden dat het drogestofgehalte invloed heeft op de waarde
van de afschuifspanning. Vergelijkt men
de ontwateringsprestaties van centrifuges
ten opzichte van filterpersen zoals weergegeven in afb. 3 dan blijkt dat de
afschuifspanning van met behulp van
centrifuges ontwaterde slibben duidelijk
beneden de 10 M m 2 blijft.
Meestal verkrijgt men waarden tussen
2-4 kNIm2. Filterpersen leveren
uitkomsten die steeds hoger liggen dan
10 kNIm2 tot circa 30 kNlm2 toe.
Het voldoen aan beide stortingseisen
namelijk .raf,.> 10 kN/m2 en d.s.> 35%
lukt derhalve slechts met filterpersen, zij
het dat een chemische conditionering met
kalk of kalk en FeCI3 moet hebben plaatsgevonden, Een chemische conditionering
met polyelectrolyten alleen is meestal
ontoereikend gegeven de minimale drogestofeis van 35%. Wil men het ontwaterde
slib van centrifuges toch stortklaar maken
dan zijn aanvullende maatregelen noodzakelijk zoals:
- natuurlijke ontwatering (verdamping)
op droogbedden;
- toevoeging van reactieve toeslag zoals
ongebluste kalk, cement;
- mechanische na-ontwatering, bijvoorbeeld onder zeer hoge drukken.
De verwachting is dat de stortingseisen
voor consistentie en droge-stofgehalte in
de toekomst verder worden aangescherpt.
Ook zal men strenger gaan toezien op het
doseren van toeslag aan slib zoals bijvoorbeeld kalk. Het gevolg zal zijn dat een
steeds grotere investering in bijvoorbeeld
ontwateringsapparatuur vereist is om de
weg naar de stortinrichting open te
houden. T e verwijzen valt naar zeer hogedruk slibontwatering (Hi-compact; Tube
Press; CHP-press etc.) en naar nietchemische conditioneringsmethoden zoals
elektro-osmose en vriesdooien.
Het alternatief van kunstmatige slibontwatering, namelijk natuurlijke
ontwatering op droogbedden, is in veel
gevallen ook geen aantrekkelijke optie.
Dit door het vaak forse ruimtebeslag,
strenge milieu-eisen voor de inrichting
van droogbedden en het onzekere
resultaat van de natuurlijke ontwatering
als gevolg van klimatologische factoren.
Voor de waterleidingbedrijven is
geschetste ontwikkeling ook stimulans om
nadrukkelijk aandacht te geven aan de
mogelijkheden van nuttige toepassingen.
5. Nuttige inzet
In de jaren tachtig is al een begin gemaakt
met onderzoek naar nuttige toepassingsmogelijkheden voor slib en andere afval1
reststoffen van waterleidingbedrijven.
Op basis van onder meer Nederlandse,
Duitse en Amerikaanse onderzoeken is
een beeld verkregen van de potentiële
mogelijkheden van nuttige inzet.
Een overzicht hiervan is weergegeven in
tabel 11.
Een aantal toepassingen voor ijzer- en
aluminiumslib is, zij het nog op beperkte
genoemd. Afb. 4 geeft deze kringloopgedachte weer.
P>a&pstelliirg voor elektro-osn~otiscliesliborrhuatering met behulp vart eet1 zeefbandpers op senii-teclririsclie scliaul.
vair Izet ~~~~~~~~~~~~ie vati VRO11.1, KIWA,
Dlt oiideizoek wordt uitgevoerd door de TUEindlioveir met ondersteii~ii~ig
Ballast Neda~ii~Milieltteclirriekei1 Geveke Werktuigbottw.
Processclte~~ra
vair de vriesdooico~iditior~e~trg
vari ahiniiiriuriilroudeiidcoagillatieslib bij de 'Grosse Dlru~rrrtalsper~
van de IYhtppertaler Stadtwerke AG.
schaal, al gerealiseerd [6]. Een optie waar
nog weinig aandacht aan is besteed, maar
die in principe goede vooruitzichten biedt,
is toepassing van teruggewonnen ijzer- of
Tabel I1 - Nuttige toepassirigsnioge1ijkIiederivoor
dri~~kzoarerslib.
Nuttige toepassing
baksteenfabricage
,.
cementproduktie
bouwmaterialen
defosfaterine"
staalbereiding
zwavelwaterstofbinding
onderhoudsbekalking
Ca-s1ib
X
X
X
aluminiumzouten voor de defosfatering
van afvalwater, i.c. voor de chemische
conditionering van zuiveringsslib.
De positieve verwachting voor vlokmiddelterugwinning is gebaseerd op het
feit dat de kosten voor verwijdering van
het slib (in het bijzonder naar een stortinrichting)
-. fors zullen stijgen.
,-
X
X
X
X
X
X
X
Ook de inzet van uit drinkwaterslib teruggewonnen ijzer of aluminium (in
opgeloste vorm) als vlokmiddel voor
coagulatieprocessen in de drinkwaterbereiding moet in dit verband worden
De recycling van vlokmiddel bij waterleidingbedrijven is al onderwerp van
studie geweest [lol. Hieruit kwam naar
voren dat de werking van het teruggewonnen ijzer of aluminium niet onderdoet voor die van commercieel verkrijgbare hydrolyserende metaalzouten.
Hergebruik van het teruggewonnen vlokmiddel in het drinkwaterzuiveringsproces
zou problemen kunnen opleveren met
betrekking tot ophoping van diverse
stoffen in deze gesloten kringloop. Op dit
moment wordt daarom vooral gedacht aan
het toepassen van het teruggewonnen
vlokmiddel bij de chemische defosfatering
van afvalwater. Vanuit deze gedachte en
door het feit dat in diverse Europese
landen grootschalige defosfatering van
afvalwater in het verschiet ligt, is
opwerking van drinkwaterslib tot vlokmiddel meer dan de moeite van het
bestuderen waard. Als alle afvalwaterzuiveringsinstallatiesin Nederland voorzien zouden worden van een chemische
defosfateringsstap, dan wordt de
benodigde hoeveelheid ijzer geschat op
ongeveer 22.000 ton Fe bij na-precipitatie
en 33.000 ton Fe bij simultane precipitatie
[12]. Als al het ijzer uit ijzerrijkdrinkwaterslib zou kunnen worden teruggewonnen dan kan in 20 tot 30% van de
behoefte aan ijzer voorzien worden.
Opgemerkt moet worden dat bij
chemische defosfatering de verhoging van
de anionenconcentratie (chloride enlof
sulfaat) in het effluent een probleem kan
vormen. Dit probleem is ook te
verwachten als gebruik wordt gemaakt
van vlokrniddel verkregen uit drinkwaterslib.
6. Opwerking tot vlokmiddel
Terugwinning van ijzer of aluminium uit
drinkwaterslib geschiedt door het element
uit zijn (hydr)oxide binding vrij te maken.
De meest eenvoudige werkwijze bestaat
uit dosering van sterke zuren (HC1,
H2S04)aan slib. Door het amfotere
karakter van aluminium komen ook sterke
basen (NaOH, Ca(0H)J als oplosmiddel
in aanmerking. De basische terugwinning
van aluminium heeft als voordeel dat een
aantal zware metalen worden neergeslagen en dus niet in het teruggewonnen vlokmiddel terecht komen.
Een belangrijk aandachtspunt is op welke
wijze concentrering van de ijzer- of
aluminiumcomponent moet plaatsvinden
en in weke mate dit moet geschieden.
Voor het verkrijgen van een geconcentreerde ijzer- of aluminiumoplossing staan
in principe twee wegen open. Een voor de
Afb.4 - %r-
en
aluminiut>rterltgwintling
uit drinkwaterslib en
toepassing als coagulatie-,
defosfaterings- en
cot~ditioneringst~~iddel.
industrieel gebruik
afvalwater
drinkwater
ontwateringstrap, is het voor de
beschreven nuttige toepassing niet noodzakelijk dat een hoog ontwateringsrendement wordt gehaald. In dit opzicht
biedt de toepassing van centrifuges goede
vooruitzichten, daar tegen een acceptabele
kostprijs een qua transportkosten gunstig
droge-stofgehalte wordt bereikt.
AWZI
slib
conditioneren
fosfaat
verwijdering
vlokmiddel
teruggewonnen teruggewonnen
vlokmiddel
1i=+
residu
slib
verbranden
hand liggende werkwijze is concentrering
van de slibstoffen en daardoor van de
ijzer- of aluminiumverbindingen door
indikking en ontwatering, waarna terugwinning plaats heeft. Een andere
verrijkingsmethodebestaat uit het
toepassen van solvent-extractie op dun
slib [lol.
De eerste concentreringsmethodebiedt
door zijn eenvoud het meeste perspectief.
Concentrering van slibstoffen langs
mechanische weg heeft duidelijke voordelen boven die van natuurlijke
concentrering op droogbedden. Bij laatstgenoemde ontwateringsmethodetreedt
onder anaërobe condities vorming van
ijzersulfiden op. Bij de navolgende zuurbehandeling treedt zwavelwaterstof uit dat
tot stankproblemen aanleiding kan geven.
Ook de aanwezigheid van zand, planten
en wortels doet afbreuk aan de
hergebruikswaarde van slib. De meest
geëigende aanpak bestaat daarom uit een
indikkingsfase door gravitatie- of flotatieindikking gevolgd door een mechanische
ontwateringstrap en aanvullende zuurbehandeling. Een mogelijk nadeel van
deze aanpak is de noodzaak
conditioneringschemicaliën te gebruiken
in het bijzonder polyelectrolieten voor de
mechanische slibontwatering. Dit bezwaar
kan worden ondervangen door toepassing
van vriesdooien als conditioneringstechniek.
De hoeveelheid zuur die moet worden
gedoseerd hangt af van het gewenste
terugwinningsrendement en het drogestofgehalte c.q. elementconcentratievan
de slibkoek. Zoals uit afbeelding 5 blijkt
daalt, bij constante pH, het terugwinningsrendement van ijzer bij stijgend drogestofgehalte van de slibkoek.
Dit betekent dat bij een hoger drogestofgehalte van de slibkoek een lagere pH
vereist is om het terugwinningsrendement
op peil te houden. In tegenstelling tot
eisen die vanuit de stortoptie gesteld
worden aan een mechanische
7. Kwaliteit teruggewonnen vlokmiddel
Voor de Nederlandse situatie, waar in
hoofdzaak ijzerhoudend drinkwaterslib
wordt geproduceerd, kan worden
berekend dat in doorsnee een ijzerhoudend vlokmiddel kan worden
verkregen met een sterkte van 17-20
gewichtsprocenten FeC13. Dit onder
aanname dat slibontwatering plaatsvindt
tot circa 25 à 30% droge stof en dat het
slib bestaat uit 70% ijzerhydroxide.
Onderzoek in Nederland naar de samenstelling van slib van waterleidingbedrijven
heeft uitgewezen dat sommige metalen en
metaloïden zich in het slib kunnen
ophopen [ll]. Op basis van deze gegevens
kan een eerste indruk worden verkregen
over de mate van verontreiniging van
opgewerkt vlokmiddel. In tabel 111is voor
een aantal zware metalen en arseen de
concentratie berekend uitgaande van een
theoretische sterkte van 40 gewichtsprocenten FeCS.
Een aantal waterkwaliteitsbeheerders
hanteren momenteel eisen voor de
samenstelling van defosfateringschemicaliën zoals vastgelegd in de
Positieve Lijsten (onderdeel van
KIWA-ATA). Deze normstelling is onder
meer afgeleid van de eisen geformuleerd
in het Waterleidingbesluit. De kwaliteitseisen voor defosfateringschernicaliën
Afb.5 - Berekend percentage opgelost ijeerhydroxide als functie van het droge-stofgehalte van het slib.
%
Fe (OH) in oplossing
90 80
-
70
-
1O
15
droge stof (gew %)
20
Tabel 111 - Gehalten aai7 enkele zware nietaleti en
arseeti in teruggewonneti vlokmiddel, verkregen uit
ijzerhoudend slib. De coticentraties zijn u i t g e d h t in mg
per kg piadukt voor een 40 gewichtsprocenten FeCIJo~lossinz.
Element
Vlokmiddel op basis van:
Coagulatieslib
Ontijzeringsslih
Emax.
Egem.
Emax.
antimoon
2,7
4,2
1,9
arseen
63
14
1.200
53
453
cadmium
12
chroom
97
23
197
10
108
lood
123
Egem.= element-concentratie op basis van
geometrisch gemiddelde.
E,,,, = maximale element-concentratie.
Egem.
0,7
19
02
15
33
moeten ons inziens gebaseerd worden op
de klasse van oppervlaktewater die
geschikt wordt geacht voor de bereiding
van drinkwater. Dit houdt in dat aan
defosfateringschemicaliënminder strenge
eisen kunnen worden gesteld dan die
welke genoemd in de Positieve Lijsten
voor chemicaliën toegepast bij de drinkwaterbereiding. Een belangrijk aandachtspunt is ook in welke mate
verontreinigende stoffen, aanwezig in de
defosfateringschemicaliën, zich ophopen
in het zuiveringsslib.
Problemen met organische microverontreinigingen zoals PAC's, THM's,
PCB's en pesticiden zijn niet te
verwachten omdat deze tot op heden niet
of in uiterst geringe concentraties in ijzerof aluminiumhoudend drinkwaterslib zijn
aangetroffen.
8. Conclusies
Over nuttige inzet als onderdeel van een
doelmatige verwijderingsstructuur voor
slib van waterleidingbedrijven kan het
volgende worden opgemerkt:
- Nuttige toepassing van drinkwaterslib
staat centraal in het milieubeleid van de
waterleidingbedrijven.
- Een extra stimulans voor nuttige
toepassingen is de te verwachten stijging
van ontwaterings- en stortingskosten.
- Terugwinning van vlokmiddel uit
drinkwaterslib is een veelbelovend alternatief voor storten van dit zuiveringsresidu.
- Een procesmatige slib- en spoelwaterbehandeling geeft een betere uitgangspositie voor nuttige toepassingen.
- De aanwezigheid van anorganische
microverontreinigingen in het opgewerkte
vlokmiddel is een belangrijk aandachtspunt.
- Op landelijk niveau moeten kwaliteitseisen worden vastgesteld voor
defosfateringschemicaliën.Deze eisen
moeten gebaseerd worden op de kwaliteit
oppervlaktewater die geschikt wordt
geacht voor de bereiding van drinkwater.
Literatuur
1. Sombekke, H. D. M. en Koppers, H. M. M.
(1991). Inventarisatie verwijdering slib en overige
ahal-/reststoffen van drinkwaterproduktiebedriive~z.
KIWA SWO 91.226, Nieuwegein, mei 1991.
2. Sarfert, F. and Such, W. (1985). Sludge from water
treatment plants in West-Gertnany- assessment of an
opirzion. GWF-Wasser/Ahwasser, 126: 10: 507.
3. Maes, J. and Aerts, M. (1986). An update of the
Belgian situatzon. DVGW-Schriftenreihe Wasser
nr. 50.ZFGW-Verlag GmbH, Frankfürt, Germany.
4. VEWIN (1991). VEWIN-Milieuplan. Rijswijk.
5. Lee, R. G., Eckhardt, H., Wortel, N. C. and
Koppers, H. M. M. (1990). Toxic concerns regarding
water plant wastes. AWWARFKiWA Cooperative
Research Report Slib, Schlamm, Sludge, Denver,
USA.
6. Nieuwenhuyze, R. F. van, McTigue, N. E. and
Lee, R. G. (1990). Beneficia1 applications and
innovative sludge disposal methods. AWWARFIKIWA
Cooperative Research Report Slib, Schlamm,
Sludge, Denver, USA.
7. Such, W., Koppers, H. M. M., Krämer, P. und
One-Witte, R. (1988). Untersucliungen zur
Entzuässerung von Wasserwerkschlämnien init
Vollmat~tehchnecket~zentr~fugen.
GWF-Wasser/
Abwasser, 129:11:694.
8. Koppers, H. M. M, Rolan, A. T.,
Vandermeyden, C., McTigue, N. E., Henke, H. A.,
Martin, H. and Nieuwenhuyze, R. F. van (1990).
Advanced treatment techtiologies.AWWARFKIWA
Cooperative Research Report Slib, Schlamm,
Sludge, Denver, USA.
9. McTigue, N. E., Koppers, H. M. M. and
Cornwell, D. A. (1990). Regulatioris, characteristrcs
and analytica1considerations.AWWARF/KìWA
Cooperative Research Report Slib, Schlamm,
Sludge, Denver, USA.
10. King, P. H., Koppers, H. M M.,
Vandermeyden, C., Eekeren, M. W. M. van and
Wortel, N. C. (1990). Optimizing sludge characterirtics
and niitiintizinggeneratioti. AWWARF/KIWA
Cooperative Research Report Slib, Schlamm,
Sludge, Denver, USA.
11. Koppers, H. M. M. et al (1985). Gehalten aan
anorganische stoffen iri het slib van Nederlandse
waterleidingbedrijven; een eerste verkenning. KIWA
SWE 85.004. Nieuwegein. a~ril1985.
12. starkenb;rg W., goni&ijk Ingenieurs- en
Architectenbureau Haskonina. Mondelinze
mededeling.
m m m
Dynasim
Vervolg van pagina 42.
tot leveringsniveau) voor zowel kwantiteits- alsook kwaliteitsbeschouwingen.
- Omdat de hoeveelheid invoergegevens
en berekeningsresultaten groot van
omvang kunnen zijn, is bij de ontwikkeling veel aandacht geschonken aan
de uitvoerpresentatiemogelijkheden. Dit is
inherent aan het dynamisch rekenen!
Zo is niet alleen een alfanumerieke wijze
van uitvoer mogelijk maar ook een
grafische (hulpprogramma GRAPH). Voor
wat betreft de gebruikersvriendelijkheid
van de programmatuur geldt dat hierin op
goede wijze is voorzien. Verdere winst is
te behalen wanneer een koppeling met het
LIS* en VIS** is gerealiseerd.
- De resultaten uit de testfase geven
aanleiding om over te gaan tot de ijkfase.
- De berekeningsvolgorde voor het
oplossen van drukken in de knopen uit de
stromingen in de buizen en de mogelijkheid
om zeer kleine invoer- en rekentijdstapgrootten te kiezen, maken het model
geschikt voor toepassing op sterk
vermaasde netwerken. Deze distributienetten worden gekarakteriseerd door zeer
kleine drukverschillen, lage gemiddelde,
maar sterk fluctuerende stroomsnelheden.
Vaak doen zich juist in deze gebieden de
lwaliteitsproblemen voor (stagnatie,
pendelzones, menggebieden van meerdere watersoorten).
Literatuur
1. Cohen, J. (1989). Otltzuikkelitig vati eet1
dytiaitiiscli reketznrodel voor de distributie van
driiikwater. H 2 0 (22) 1989, nr. 12, pag. 367-373.
2. Cohen, J. en Drift, C. G. v. d. (1989). Verdere
ontzuikkeling van liet dyiian~isclireketi- eti sitnulatiemodel voor distributie. H 2 0 (22) 1989, nr. 26,
pag. 812-820.
* Leidingen Informatie Systeem
f*
Verbruikers Informatie Systeem
m m .
Inhoud
Vervuiling stimuleert ontwikkeling - H. A. M. de Kniijf en L. Hrubec
5
Slibbemonstering voor poriewateranalyse - R. P. Boulan en A. N. van Breemen
Flotatie: een topper in de waterzuivering -J. van Puffelen
9
13
DynaSand filtratie in de drinkwaterbereiding - Ir. J. P. Kramer en Ir. J. W. Wouters
Membraantechnologie voor de drinkwaterbereiding - Th. van den Boomgaard 26
Drinkwater- en afvalwaterbehandeling:Tweedeling of kruisbestuiving? Prof. dr. J. C. van Dijk 31
Toepassingen van het dynamisch reken- en simulatiemodel DIWASBI, deel I ir. J. Cohen 39
Toepassingen van het dynamisch reken- en simulatiemodel DYNASI~I,deel I1 ir. J. Cohen 43
Ontarsening van drinkwaterslib van Nederlandse waterleidingbedrijven -
E. A. Koreman en A. N. van Breemen 49
Drinkwaterslib: van storten naar nuttig toepassen Ir. H. M. M. Koppers en Ir. S. G. J. Heijman 54
20